**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage à cristal liquide, comprenant des substrats supérieur et inférieur, des électrodes transparentes disposées sur les surfaces intérieures des substrats, des films protecteurs recouvrant les électrodes, un réseau d'orientation des molécules du cristal liquide formé sur chaque film protecteur et du cristal liquide interposé entre les films protecteurs, caractérisé en ce que chacun des réseaux d'orientation comprend une couche d'orientation du cristal liquide présentant un ensemble de plusieurs îlots discrets en une substance inorganique qui sont disposés selon une direction déterminée, ces îlots présentant chacun une surface inclinée par rapport à la surface des substrats selon un angle déterminé,
les directions des îlots des couches d'orientation du cristal liquide formés sur les films protecteurs des électrodes supérieures et inférieures se coupant sous un angle déterminé non nul, le tout de manière que les orientations initiales des molécules de cristal liquide puissent être contrôlées de façon que les axes principaux des molécules soient inclinés d'un angle compris entre 5 et 300 relativement aux films protecteurs.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les îlots sont sensiblement triangulaires.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance inorganique comprend du SiOx où l < x¯2.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'intersection est d'environ 900.
La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage à cristal liquide et plus particulièrement un élément d'affichage à cristal liquide dans lequel l'orientation des molécules de cristal liquide est commandée de manière à fournir un affichage de haute qualité.
On utilise actuellement très couramment des dispositifs d'affichage à cristal liquide à effet de champ comme éléments d'affichage dans les ordinateurs électroniques de table et les montres bracelets digitales en raison de leur faible consommation de puissance. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide à effet de champ sont construits et fonctionnent de la façon suivante: un cristal liquide présentant une anisotropie diélectrique positive (un cristal liquide dans lequel la constante diélectrique le long de l'axe longitudinal de ses molécules est plus grande que le long d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal) est disposé entre des substrats parallèles, supérieur et inférieur, en verre et les molécules du cristal liquide sont disposées parallèlement aux interfaces entre les substrats supérieur et inférieur et le cristal liquide.
L'orientation des molécules est tournée progressivement d'environ 900 entre les deux interfaces. L'élément d'affichage est disposé entre une paire de plaques de polarisation dont les axes de polarisation se coupent à angle droit. Ainsi, la lumière incidente arrivant sur le dispositif d'affichage depuis l'extérieur est polarisée linéairement par l'une des plaques de polarisation, puis tournée d'environ 900 par la disposition spiralée des molécules de cristal liquide, puis transmise à travers l'autre plaque de polarisation.
Lorsqu'une tension de plusieurs volts à plusieurs dizaines de volts est appliquée à des électrodes transparentes montées sur les surfaces intérieures des substrats supérieur et inférieur en formant une lettre ou un chiffre par exemple, les molécules de cristal liquide dans la région coïncidant avec les électrodes auxquelles la tension a été appliquée sont orientées dans la direction du champ électrique qui est sensiblement perpendiculaire à la direction de l'orientation initiale des molécules, laquelle est parallèle aux interfaces. Dans ces conditions, la lumière incidente ne sera pas tournée par les molécules de cristal liquide mais interceptée par l'autre plaque de polarisatison.
En variante, si l'élément d'affichage est interposé entre des plaques de polarisation supérieure et inférieure dont les axes de polarisation sont parallèles entre eux, la lumière incidente est interceptée par les molécules se trouvant au droit des électrodes non soumises à la tension tandis qu'elle est transmise au droit des électrodes soumises à la tension. Ainsi, grâce à la transmission et à l'interception de lumière effectuées de la façon indiquée ci-dessus, un chiffre ou un dessin peut être affiché.
Dans les dispositifs d'affichage à cristal liquide connus, construits comme décrits ci-dessus, un défaut d'affichage appelé domaine induit apparaît lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes. Comme décrit plus loin en regard des dessins, bien que les molécules de cristal liquide tendent à s'orienter dans une direction sensiblement parallèle à la direction du champ électrique lorsqu'elles sont soumises au champ, elles ne s'orientent en fait pas exactement à angle droit relativement à l'orientation qu'elles avaient en l'absence de champ, laquelle est parallèle aux interfaces.
L'orientation des molécules de cristal liquide se produit de telle manière que les extrémités de gauche s'inclinent vers le haut et les extrémités de droite s'inclinent vers le haut avec la même probabilité de sorte que les directions d'inclinaison des molécules relativement au substrat supérieur sont différentes entre une région et les régions adjacentes. Pour cette raison, les affichages dans deux régions voisines présentent des contrastes différents lorsque l'on regarde dans la même direction, ce qui provoque un affichage présentant des points ou taches diminuant ainsi la qualité de l'affichage de façon marquée.
Un but de l'invention est la réalisation d'un dispositif d'affichage à cristal liquide capable de produire un affichage de haute qualité en éliminant le domaine induit.
Le dispositif d'affichage à cristal liquide, objet de l'invention, comprend des substrats supérieur et inférieur, des électrodes transparentes disposées sur les surfaces intérieures des substrats, des films protecteurs recouvrant les électrodes, un réseau d'orientation des molécules du cristal liquide formé sur chaque film protecteur et du cristal liquide interposé entre les films protecteurs, et est caractérisé en ce que chacun des réseaux d'orientation comprend une couche d'orientation du cristal liquide présentant un ensemble de plusieurs îlots discrets en une substance inorganique qui sont disposés selon une direction déterminée, ces îlots présentant chacun une surface inclinée par rapport à la surface des substrats selon un angle déterminé,
les directions des îlots des couches d'orientation du cristal liquide formés sur les films protecteurs des électrodes supérieures et inférieures se coupant sous un angle déterminé non nul, le tout de manière que les orientations initiales des molécules de cristal liquide puissent être contrôlées de façon que les axes principaux des molécules soient inclinés d'un angle compris entre 5 et 300 relativement aux films protecteurs.
Aux dessins annexés: la fig. 1 est une vue en coupe à plus grande échelle d'un exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide connu et montrant la rotation des molécules de cristal liquide lorsqu'aucune tension est appliquée aux électrodes;
la fig. 2 est une vue semblable à celle de la fig. 1 mais montrant l'orientation des molécules de cristal liquide lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes;
la fig. 3 est une vue en plan montrant un chiffre affiché par le dispositif représenté à la fig. 1;
la fig. 4 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie d'une forme d'exécution du dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'invention et montrant la rotation des molécules de cristal liquide lorsqu'aucune tension n'est appliquée aux électrodes;
la fig. 5 est une vue semblable à celle de la fig. 4 mais montrant l'orientation des molécules de cristal liquide lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes;
la fig. 6 est un graphique illustrant la relation entre l'intervalle existant entre les substrats supérieur et inférieur et l'angle d'orientation des molécules de cristal liquide;
la fig. 7 est une représentation schématique expliquant un procédé de fabrication d'une couche d'orientation du cristal liquide; et
les fig. 8 et 9 sont des schémas explicatifs du procédé illustré àlafig. 7.
On va commencer par décrire le principe de fonctionnement d'un dispositif d'affichage à cristal liquide connu ceci en regard de la fig. 1 qui montre un dispositif d'affichage à cristal liquide à effet de champ du type à réflexion. Le dispositif d'affichage représenté à la fig. 1 comprend des substrats transparents supérieur 1 et inférieur 2 généralement en verre isolant et des électrodes transparentes 3 et 4 formées sur les surfaces intérieures des substrats supérieur et inférieur respectivement. Les périphéries des substrats supérieur 1 et inférieur 2 sont scellées en ménageant un intervalle déterminé entre les substrats, ceci à l'aide d'un élément de scellement périphérique non représenté, par exemple en verre fritté ou analogue, produisant ainsi une cellule destinée à être remplie de cristal liquide.
Un film protecteur 5 en matériau transparent, par exemple en verre, est prévu pour couvrir les électrodes supérieures 3, le film 5 étant pourvu sur sa surface intérieure adjacente au cristal liquide d'un réseau 5a d'orientation des molécules de cristal liquide, pour disposer les molécules de cristal liquide dans une direction déterminée. Ce réseau d'orientation peut être réalisé en frottant, avec un morceau de coton ou une feuille de papier par exemple, la surface intérieure du film protecteur dans une direction donnée ou en déposant sous forme de vapeur et obliquement de l'oxyde de silicium par exemple, sur la surface intérieure du film protecteur.
De façon analogue, un film protecteur 6 est prévu pour couvrir les électrodes inférieures 4, le film 6 étant pourvu sur sa surface intérieure adjacente au cristal liquide d'un réseau 6a d'orientation des molécules de cristal liquide. Lorsque l'on regarde la fig. 1 la direction d'orientation du film protecteur supérieur 5 est parallèle à la feuille du dessin et la direction d'orientation du film protecteur inférieur 6 est perpendiculaire à la feuille du dessin, de sorte que les molécules de cristal liquide supérieures et inférieures sont orientées dans ces directions. Des plaques de polarisation 7 et 8 sont appliquées sur les surfaces extérieures des substrats supérieur 1 et inférieur 2 respectivement.
La plaque de polarisation 7 polarise la lumière dans le sens de la flèche A, tandis que la plaque de polarisation 8 la polarise dans une direction perpendiculaire à la flèche A, c'est-à-dire perpendiculaire à la feuille du dessin. Une plaque de réflexion 9 est collée à la plaque de polarisation 8. Les molécules 10 d'un cristal liquide introduit dans la cellule à travers un trou de remplissage approprié, non représenté, sont représentées schématiquement. La cellule, les plaques de polarisation 7 et 8, la plaque de réflexion 9 et les électrodes 3 et 4 constituent un élément d'affichage à cristal liquide. Une source de courant alternatif PS ayant une tension de plusieurs volts à plusieurs dizaines de volts est reliée aux électrodes supérieures 3 et inférieures 4 par un interrupteur S.
Les électrodes sont construites et excitées de manière à afficher un dessin et de façon bien connue des hommes du métier.
Lorsque la tension n'est pas appliquée aux électrodes supérieures 3 et inférieures 4, les molécules de cristal liquide voi sines du film 5 protecteur des électrodes supérieures s'orientent parallèlement à la surface du film protecteur 5 dans le sens du réseau d'orientation 5a (flèche A). Cette orientation est désignée ci-après orientation hors tension . D'autre part, les molécules de cristal liquide adjacentes au film 6 protecteur des électrodes inférieures s'orientent parallèlement à la surface du film protecteur 6 dans le sens du réseau d'orientation 6a, c'est-à-dire dans une direction perpendiculaire à la feuille du dessin. Ainsi, les molécules de cristal liquide dans la cellule sont tournées progressivement entre le substrat supérieur 1 et le substrat inférieur 2 d'un angle d'environ 900.
La fig. 1 montre que les molécules sont tournées en sens anti-horaire, en allant du substrat supérieur au substrat inférieur. Etant donné que l'orientation initiale des molécules est déterminée par la configuration physique de la surface en contact avec les molécules et par l'action chimique entre la substance constituant la surface et le cristal liquide, c'est-à-dire l'interaction interfaciale, on a pensé que les molécules supérieures et inférieures contiguës aux films protecteurs 5 et 6 s'orientent dans les directions décrites ci-dessus.
Lorsque les interfaces sont horizontales comme représentés à la fig. 1, les molécules de cristal liquide peuvent être tournées soit en sens horaire soit en sens anti-horaire (étant donné que l'énergie requise pour faire tourner les molécules est la même dans les deux sens) mais il est possible de faire tourner les molécules dans une direction déterminée en ajoutant au cristal liquide une substance optiquement active telle qu'un matériau cholestérique tels que le
EMI2.1
La fig. 2 montre l'orientation des molécules de cristal liquide lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes du dispositif d'affichage illustré à la fig. 1. La fig. 2 est simplifiée étant donné qu'elle est destinée à illustrer comment varie l'orientation des molécules.
Comme représenté, sous l'effet du champ électrique, les molécules 10 du cristal liquide situées dans les zones a et b s'inclinent dans des directions différentes relativement au substrat supérieur 1. De façon plus précise, dans les zones a, les molécules s'orientent avec leurs extrémités de gauche tournées vers le haut, tandis que dans la zone b, ce sont leurs extrémités de droite qui sont tournées vers le haut.
En conséquence, lorsque l'on regarde dans la direction des flèches en traits interrompus A', on obtient un contraste élevé dans les zones a, étant donné que les molécules à mi-chemin dans l'intervalle sont vues le long de leur axe principal, tandis que l'on obtient un contraste faible dans la zone b, étant donné que les molécules sont vues obliquement. De façon analogue, lorsque l'on regarde dans la direction des flèches en traits interrompus B', le contraste est élevé dans la zone b, étant donné que les molécules de la partie médiane de l'intervalle sont vues dans la direction de leur axe principal, tandis que dans les zones a, le contraste est faible étant donné que les molécules sont vues obliquement.
Ainsi dans les zones a et b, les contrastes sont différents pour une même direction de mire, ce qui a pour effet de faire apparaître des taches 20 dans le chiffre affiché comme cela est représenté à la fig. 3. Il en résulte une diminution importante de la qualité de l'affichage.
Cette orientation des extrémités de droite ou de gauche vers le haut peut être attribuée au fait que les molécules, initialement parallèles aux surfaces des films protecteurs en l'absence d'une tension, sont maintenues dans une condition stable à partir de laquelle elles peuvent s'incliner dans l'une ou l'autre direction, lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique.
On va maintenant décrire une forme d'exécution du dispositif d'affichage selon l'invention en regard de la fig. 4, où les éléments correspondant à ceux de la fig. 1 sont désignés par les mêmes indices de référence. Comme représenté, les interfaces supérieure et inférieure sont conformées de manière que les molécules de cristal liquide s'inclinent de 5 à 300 relativement aux interfaces supérieure et inférieure lorsqu'aucune tension n'est appliquée. Ainsi, des première et seconde couches 13 et 14 d'orientation du cristal liquide, chacune en dents de scie, sont ménagées sur les surfaces intérieures des films protecteurs 11 et 12. Dans l'exemple représenté à la fig. 4, les dents de scie des couches 13 et 14 se coupent à angle droit mais peuvent se couper à un angle inférieur à 90", par exemple 800.
Les couches 13 et 14 d'orientation du cristal liquide sont formées par déposition à l'état de vapeur de SiO sur les films protecteurs 11 et 12 de la façon qui sera décrite plus loin. Bien que le
SiO soit déposé sous forme de vapeur, il semble que les couches d'orientation du cristal liquide ont la composition SiOx où 1 < x52, ceci à cause de la combinaison du SiO avec le matériau constituant les films protecteurs ou avec l'oxygène de l'air.
Pour cette raison, les couches d'orientation du cristal liquide en dents de scie représentées à la fig. 4 seront désignées cidessous comme étant à structure en îlots de SiOx .
Comme décrit ci-dessus, l'orientation des molécules de cristal liquide est déterminée par l'interaction physique et l'interaction chimique entre les molécules et la composition de la surface avec laquelle les molécules viennent en contact. En conséquence, les structures en îlots de SiOx à surfaces inclinées font que, lorsqu'aucune tension n'est appliquée, les molécules de cristal liquide s'orientent dans des directions données, en formant des angles déterminés avec les substrats sous l'influence des surfaces inclinées. Comme l'énergie requise pour tourner les molécules en sens anti-horaire, vu depuis le substrat supérieur 1, est inférieure à l'énergie requise pour tourner les molécules en sens horaire, les molécules sont tournées dans le sens anti-horaire.
Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, les molécules orientées initialement sous un certain angle augmentent leur angle d'inclinaison. En conséquence, et comme représenté à la fig. 5, les molécules des deux zones a et b sont inclinées du même angle relativement aux films protecteurs des électrodes, ce qui éliminera le domaine induit provoqué par des orientations en partie différentes.
La fig. 6 illustre la relation existant entre l'intervalle d de la cellule et l'angle d'orientation des molécules de cristal liquide, la ligne en trait plein illustrant l'orientation initiale et les lignes en traits interrompus illustrant l'orientation prise lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes. II y a lieu de noter, d'une part, que l'orientation initiale présente déjà un certain angle et, d'autre part, que lorsqu'une tension est appliquée les molécules de cristal liquide du haut (pour l'intervalle do) et les molécules de cristal liquide du bas (pour l'intervalle 0 [zéro]) conservent toujours leur orientation initiale. En augmentant la tension appliquée, on obtient les courbes a, b et c. Lorsque la tension est augmentée, l'angle d'orientation et le nombre de molécules orientées dans la partie médiane de l'intervalle vont en augmentant.
Les couches 13 et 14 d'orientation du cristal liquide à structure en îlots de SiOx sont formées par dépôt sous forme de vapeur de SiO, ceci sous des angles de dépôt inférieurs à 150 (Oo étant exclu) relativement à la surface des substrats supérieur 1 ou inférieur 2, recouverte du film protecteur des électrodes, comme représenté à la fig. 7. En utilisant des couches 13 et 14 d'orientation du cristal liquide, à structure en îlots de
SiOx, il est possible de contrôler les molécules de cristal liquide de manière qu'elles présentent une direction initiale inclinée de 5 à 300 relativement aux films protecteurs 1 1 et 12.
La raison pour laquelle l'angle d'inclinaison des molécules de cristal liquide 10 a été choisi entre 5 et 300 relativement aux films protecteurs 11 et 12 est la suivante. Lorsque l'angle d'inclinaison est inférieur à 5o, il est impossible d'éliminer le domaine induit tandis que lorsque l'angle d'inclinaison est supérieur à 300 des points ou taches de couleur sont formés dans la figure affichée lorsqu'aucune tension n'est appliquée.
On a déterminé expérimentalement que l'angle a d'inclinaison optimal se situe entre 15 et 300, mais des angles compris entre 10 et 300 donnent des résultats pratiques satisfaisants.
Pour contrôler l'orientation initiale des molécules de cristal liquide, il est important de mesurer l'angle d'inclinaison a des molécules de cristal liquide 10 relativernent aux films protecteurs 11 et 12. Cet angle a peut être déterminé de la façon suivante. Les molécules de cristal liquide 10 ont la propriété de s'orienter dans la direction d'un champ magnétique. Pour cette raison, lorsque les angles entre la direction du champ magnétique et les films protecteurs supérieur et inférieur 11 et 12 sont déterminés au moment où la capacitance de l'élément d'affichage en l'absence du champ magnétique coïncide avec celle de l'élément d'affichage en présence du champ magnétique, ces angles sont les angles délimités entre les molécules de cristal liquide et les films protecteurs supérieur et inférieur
11 et 12.
Lorsque le SiO est déposé sous forme de vapeur sur la surface des films protecteurs 11 ou 12, sous un angle de dépôt de e comme représenté à la fig. 8, des noyaux d'amorçage N1, Nz . . Nn de SiO sont d'abord formés sur la surface puis ces noyaux croissent pour produire les îlots de SiOx. En considérant les noyaux N1 et N2, on voit que les couches de SiO déposées sous forme de vapeur augmentent progressivement depuis le noyau N1 et viennent gêner la croissance de la couche sur le noyau N2. Pour cette raison, les îlots formés à partir des noyaux N1 et N2 sont pareils. De cette façon, on forme un ensemble de plusieurs îlots triangulaires de SiOx ceci comme représenté en plan à la fig. 9.
La structure en ilots de SiOx montrant la forme des couches 13 et 14 d'orientation du cristal liquide apparaît aux fig. 4 et 9.
Bien que dans la forme d'exécution ci-dessus on a décrit un exemple dans lequel les couches d'orientation du cristal liquide ayant une structure en îlots est formée sur les films protecteurs d'électrodes en déposant sous forme de vapeur du SiO sous un angle de dépôt déterminé, afin de déterminer l'orientation initiale des molécules de cristal liquide pour qu'elles aient un
angle déterminé, ces couches à structure en îlots peuvent être formées sur les films protecteurs par d'autres méthodes par
exemple par frottement.
Outre son application aux dispositifs d'affichage à cristal liquide du type à effet de champ, l'invention est également
applicable à d'autres types d'éléments à cristal liquide, par
exemple aux éléments de type DAP.
Comme décrit ci-dessus, l'invention permet d'obtenir des
dispositifs d'affichage à cristal liquide perfectionnés capables
de produire un affichage de haute qualité exempt de domaine induit.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Liquid crystal display device, comprising upper and lower substrates, transparent electrodes arranged on the interior surfaces of the substrates, protective films covering the electrodes, an orientation network of the liquid crystal molecules formed on each protective film and liquid crystal interposed between the protective films, characterized in that each of the orientation networks comprises a liquid crystal orientation layer having a set of several discrete islands in an inorganic substance which are arranged in a determined direction, these islands each having a surface inclined with respect to the surface of the substrates at a determined angle,
the directions of the islands of the orientation layers of the liquid crystal formed on the protective films of the upper and lower electrodes intersecting at a determined angle not zero, the whole so that the initial orientations of the molecules of liquid crystal can be controlled so that the main axes of the molecules are inclined at an angle between 5 and 300 relative to the protective films.
2. Device according to claim 1, characterized in that the islands are substantially triangular.
3. Device according to claim 1, characterized in that the inorganic substance comprises SiOx where l <x¯2.
4. Device according to claim 1, characterized in that the angle of intersection is about 900.
The present invention relates to a liquid crystal display device and more particularly to a liquid crystal display element in which the orientation of the liquid crystal molecules is controlled so as to provide a high quality display.
Field effect liquid crystal display devices are currently very widely used as display elements in tabletop electronic computers and digital wristwatches due to their low power consumption. Field effect liquid crystal display devices are constructed and operate as follows: a liquid crystal with positive dielectric anisotropy (a liquid crystal in which the dielectric constant along the longitudinal axis of its molecules is more large (along an axis perpendicular to the longitudinal axis) is arranged between parallel, upper and lower, glass substrates and the liquid crystal molecules are arranged parallel to the interfaces between the upper and lower substrates and the liquid crystal.
The orientation of the molecules is gradually rotated by around 900 between the two interfaces. The display element is arranged between a pair of polarization plates, the polarization axes of which intersect at right angles. Thus, the incident light arriving on the display device from the outside is linearly polarized by one of the polarization plates, then rotated by around 900 by the spiral arrangement of the liquid crystal molecules, then transmitted through the other polarization plate.
When a voltage of several volts to several tens of volts is applied to transparent electrodes mounted on the interior surfaces of the upper and lower substrates by forming a letter or a number for example, the liquid crystal molecules in the region coinciding with the electrodes to which the voltage has been applied are oriented in the direction of the electric field which is substantially perpendicular to the direction of the initial orientation of the molecules, which is parallel to the interfaces. Under these conditions, the incident light will not be turned by the liquid crystal molecules but intercepted by the other polarization plate.
Alternatively, if the display element is interposed between upper and lower polarization plates whose polarization axes are mutually parallel, the incident light is intercepted by the molecules located at the right of the electrodes not subjected to the voltage while that it is transmitted to the right of the electrodes subjected to the tension. Thus, thanks to the transmission and interception of light carried out in the manner indicated above, a figure or a drawing can be displayed.
In known liquid crystal display devices, constructed as described above, a display defect called the induced domain appears when a voltage is applied to the electrodes. As described below with reference to the drawings, although the liquid crystal molecules tend to orient in a direction substantially parallel to the direction of the electric field when subjected to the field, they do not in fact orient themselves exactly at right angle relative to the orientation they had in the absence of field, which is parallel to the interfaces.
The orientation of the liquid crystal molecules occurs in such a way that the left ends tilt up and the right ends tilt up with the same probability so that the tilt directions of the molecules relatively to the upper substrate are different between a region and the adjacent regions. For this reason, displays in two neighboring regions show different contrasts when looking in the same direction, which causes a display with dots or spots, thereby significantly decreasing the quality of the display.
An object of the invention is to provide a liquid crystal display device capable of producing a high quality display by eliminating the induced field.
The liquid crystal display device, object of the invention, comprises upper and lower substrates, transparent electrodes arranged on the interior surfaces of the substrates, protective films covering the electrodes, an orientation network for the molecules of the liquid crystal formed on each protective film and liquid crystal interposed between the protective films, and is characterized in that each of the orientation networks comprises a layer of orientation of the liquid crystal having a set of several discrete islets of an inorganic substance which are arranged in a determined direction, these islands each having a surface inclined relative to the surface of the substrates at a determined angle,
the directions of the islands of the orientation layers of the liquid crystal formed on the protective films of the upper and lower electrodes intersecting at a determined angle not zero, the whole so that the initial orientations of the molecules of liquid crystal can be controlled so that the main axes of the molecules are inclined at an angle between 5 and 300 relative to the protective films.
In the accompanying drawings: FIG. 1 is a sectional view on a larger scale of an example of a known liquid crystal display device and showing the rotation of the liquid crystal molecules when no voltage is applied to the electrodes;
fig. 2 is a view similar to that of FIG. 1 but showing the orientation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied to the electrodes;
fig. 3 is a plan view showing a figure displayed by the device shown in FIG. 1;
fig. 4 is a sectional view on a larger scale of part of an embodiment of the liquid crystal display device according to the invention and showing the rotation of the liquid crystal molecules when no voltage is applied to the electrodes;
fig. 5 is a view similar to that of FIG. 4 but showing the orientation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied to the electrodes;
fig. 6 is a graph illustrating the relationship between the interval between the upper and lower substrates and the orientation angle of the liquid crystal molecules;
fig. 7 is a schematic representation explaining a method of manufacturing an orientation layer of the liquid crystal; and
fig. 8 and 9 are explanatory diagrams of the process illustrated in fig. 7.
We will begin by describing the operating principle of a liquid crystal display device known this with reference to FIG. 1 which shows a reflection type liquid field display liquid crystal display device. The display device shown in FIG. 1 comprises upper 1 and lower 2 transparent substrates generally made of insulating glass and transparent electrodes 3 and 4 formed on the interior surfaces of the upper and lower substrates respectively. The peripheries of the upper 1 and lower 2 substrates are sealed by providing a determined interval between the substrates, this using a peripheral sealing element, not shown, for example made of sintered glass or the like, thus producing a cell intended to be filled with liquid crystal.
A protective film 5 of transparent material, for example glass, is provided to cover the upper electrodes 3, the film 5 being provided on its inner surface adjacent to the liquid crystal with a network 5a for orientation of the liquid crystal molecules, to arrange the liquid crystal molecules in a specific direction. This orientation network can be achieved by rubbing, with a piece of cotton or a sheet of paper for example, the inner surface of the protective film in a given direction or by depositing in the form of vapor and obliquely silicon oxide by example, on the inner surface of the protective film.
Similarly, a protective film 6 is provided to cover the lower electrodes 4, the film 6 being provided on its inner surface adjacent to the liquid crystal with a network 6a for orientation of the liquid crystal molecules. When looking at fig. 1 the direction of orientation of the upper protective film 5 is parallel to the sheet of the drawing and the direction of orientation of the lower protective film 6 is perpendicular to the sheet of the drawing, so that the upper and lower liquid crystal molecules are oriented in these directions. Polarization plates 7 and 8 are applied to the exterior surfaces of the upper 1 and lower 2 substrates respectively.
The polarization plate 7 polarizes the light in the direction of the arrow A, while the polarization plate 8 polarizes it in a direction perpendicular to the arrow A, that is to say perpendicular to the sheet of the drawing. A reflection plate 9 is glued to the polarization plate 8. The molecules 10 of a liquid crystal introduced into the cell through a suitable filling hole, not shown, are shown diagrammatically. The cell, the polarization plates 7 and 8, the reflection plate 9 and the electrodes 3 and 4 constitute a liquid crystal display element. An alternating current source PS having a voltage of several volts to several tens of volts is connected to the upper 3 and lower 4 electrodes by a switch S.
The electrodes are constructed and excited so as to display a design and in a manner well known to those skilled in the art.
When the voltage is not applied to the upper 3 and lower 4 electrodes, the liquid crystal molecules next to the protective film 5 of the upper electrodes orient parallel to the surface of the protective film 5 in the direction of the orientation network 5a (arrow A). This orientation is hereinafter referred to as voltage-free orientation. On the other hand, the liquid crystal molecules adjacent to the protective film 6 of the lower electrodes are oriented parallel to the surface of the protective film 6 in the direction of the orientation network 6a, that is to say in a perpendicular direction. to the drawing sheet. Thus, the liquid crystal molecules in the cell are gradually rotated between the upper substrate 1 and the lower substrate 2 by an angle of about 900.
Fig. 1 shows that the molecules are turned anti-clockwise, going from the upper substrate to the lower substrate. Since the initial orientation of the molecules is determined by the physical configuration of the surface in contact with the molecules and by the chemical action between the substance constituting the surface and the liquid crystal, i.e. the interaction interfacial, it was thought that the upper and lower molecules contiguous to the protective films 5 and 6 are oriented in the directions described above.
When the interfaces are horizontal as shown in fig. 1, the liquid crystal molecules can be rotated either clockwise or counterclockwise (since the energy required to rotate the molecules is the same in both directions) but it is possible to rotate the molecules in a determined direction by adding to the liquid crystal an optically active substance such as a cholesteric material such as
EMI2.1
Fig. 2 shows the orientation of the liquid crystal molecules when a voltage is applied to the electrodes of the display device illustrated in FIG. 1. Fig. 2 is simplified since it is intended to illustrate how the orientation of the molecules varies.
As shown, under the effect of the electric field, the molecules 10 of the liquid crystal located in zones a and b tilt in different directions relative to the upper substrate 1. More precisely, in zones a, the molecules s 'orient with their left ends facing up, while in zone b, their right ends are facing up.
Consequently, when looking in the direction of the arrows in dashed lines A ', a high contrast is obtained in the areas a, since the molecules halfway in the interval are seen along their main axis , while a low contrast is obtained in area b, since the molecules are viewed obliquely. Similarly, when looking in the direction of the dashed arrows B ', the contrast is high in area b, since the molecules in the middle part of the interval are seen in the direction of their axis main, while in areas a, the contrast is low since the molecules are viewed obliquely.
Thus in the areas a and b, the contrasts are different for the same direction of sight, which has the effect of causing spots 20 to appear in the figure displayed as shown in FIG. 3. This results in a significant decrease in the quality of the display.
This upward orientation of the right or left ends can be attributed to the fact that the molecules, initially parallel to the surfaces of the protective films in the absence of tension, are maintained in a stable condition from which they can s '' tilt in either direction when subjected to an electric field.
We will now describe an embodiment of the display device according to the invention with reference to FIG. 4, where the elements corresponding to those of FIG. 1 are designated by the same benchmarks. As shown, the upper and lower interfaces are shaped so that the liquid crystal molecules tilt 5 to 300 relative to the upper and lower interfaces when no voltage is applied. Thus, first and second orientation layers 13 and 14 of the liquid crystal, each in a sawtooth fashion, are formed on the interior surfaces of the protective films 11 and 12. In the example shown in FIG. 4, the saw teeth of the layers 13 and 14 intersect at right angles but can intersect at an angle of less than 90 ", for example 800.
The orientation layers 13 and 14 of the liquid crystal are formed by vapor deposition of SiO on the protective films 11 and 12 as will be described later. Although the
SiO is deposited in the form of vapor, it seems that the orientation layers of the liquid crystal have the composition SiOx where 1 <x52, this because of the combination of SiO with the material constituting the protective films or with the oxygen of l 'air.
For this reason, the orientation layers of the sawtooth liquid crystal shown in FIG. 4 will be designated below as having an island structure of SiOx.
As described above, the orientation of the liquid crystal molecules is determined by the physical interaction and the chemical interaction between the molecules and the composition of the surface with which the molecules come into contact. As a result, the island structures of SiOx with inclined surfaces mean that, when no voltage is applied, the liquid crystal molecules orient in given directions, forming determined angles with the substrates under the influence of the inclined surfaces. As the energy required to rotate the molecules counterclockwise, seen from the upper substrate 1, is less than the energy required to rotate the molecules clockwise, the molecules are rotated counterclockwise.
When a voltage is applied to the electrodes, the molecules initially oriented at a certain angle increase their angle of inclination. Consequently, and as shown in FIG. 5, the molecules of the two zones a and b are inclined at the same angle relative to the protective films of the electrodes, which will eliminate the induced domain caused by partially different orientations.
Fig. 6 illustrates the relationship between the interval d of the cell and the orientation angle of the liquid crystal molecules, the solid line illustrating the initial orientation and the dashed lines illustrating the orientation taken when a voltage is applied between the electrodes. It should be noted, on the one hand, that the initial orientation already has a certain angle and, on the other hand, that when a voltage is applied the liquid crystal molecules from the top (for the interval do) and the liquid crystal molecules at the bottom (for the interval 0 [zero]) always retain their initial orientation. By increasing the applied voltage, we obtain curves a, b and c. As the voltage is increased, the orientation angle and the number of molecules oriented in the middle part of the interval increase.
The orientation layers 13 and 14 of the liquid crystal with an island structure of SiOx are formed by deposition in the form of SiO vapor, this under deposition angles less than 150 (Oo being excluded) relative to the surface of the upper substrates 1 or lower 2, covered with the protective film of the electrodes, as shown in FIG. 7. Using layers 13 and 14 for orientation of the liquid crystal, with an island structure of
SiOx, it is possible to control the liquid crystal molecules so that they have an initial inclined direction of 5 to 300 relative to the protective films 1 1 and 12.
The reason why the angle of inclination of the liquid crystal molecules 10 was chosen between 5 and 300 relative to the protective films 11 and 12 is as follows. When the tilt angle is less than 5o, it is impossible to eliminate the induced range while when the tilt angle is more than 300, colored dots or spots are formed in the displayed figure when no tension is not applied.
It has been determined experimentally that the optimum angle of inclination is between 15 and 300, but angles between 10 and 300 give satisfactory practical results.
To control the initial orientation of the liquid crystal molecules, it is important to measure the angle of inclination of the liquid crystal molecules 10 relative to the protective films 11 and 12. This angle a can be determined as follows. The liquid crystal molecules 10 have the property of orienting themselves in the direction of a magnetic field. For this reason, when the angles between the direction of the magnetic field and the upper and lower protective films 11 and 12 are determined when the capacitance of the display element in the absence of the magnetic field coincides with that of the display element in the presence of the magnetic field, these angles are the angles defined between the liquid crystal molecules and the upper and lower protective films
11 and 12.
When the SiO is deposited in the form of vapor on the surface of the protective films 11 or 12, at a deposition angle of e as shown in FIG. 8, priming nuclei N1, Nz. . Nn of SiO are first formed on the surface then these nuclei grow to produce the islets of SiOx. By considering the nuclei N1 and N2, it can be seen that the SiO layers deposited in the form of vapor gradually increase from the nucleus N1 and impede the growth of the layer on the nucleus N2. For this reason, the islands formed from the nuclei N1 and N2 are the same. In this way, a set of several triangular islands of SiOx is formed, this as shown in plan in FIG. 9.
The island structure of SiOx showing the shape of the orientation layers 13 and 14 of the liquid crystal appears in FIGS. 4 and 9.
Although in the above embodiment an example has been described in which the orientation layers of the liquid crystal having an island structure is formed on the protective films of electrodes by depositing in the form of vapor SiO in a determined deposition angle, in order to determine the initial orientation of the liquid crystal molecules so that they have a
determined angle, these island structure layers can be formed on the protective films by other methods by
example by friction.
In addition to its application to liquid crystal display devices of the field effect type, the invention is also
applicable to other types of liquid crystal elements, for example
example to elements of type DAP.
As described above, the invention makes it possible to obtain
advanced liquid crystal display devices capable
to produce a high quality display free from induced domain.