CH620774A5

CH620774A5 -

Info

Publication number: CH620774A5
Application number: CH679478A
Authority: CH
Inventors: Eric Saurer; Fereydoun Gharadjedaghi; Claude Laesser; Rene Viennet; Yves Ruedin
Original assignee: Ebauches Sa
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1980-12-15
Also published as: DE2855668A1; GB2023864B; GB2023864A

Description

La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant deux polariseurs entre lesquels est disposée une cellule d'affichage comportant deux 55 plaques transparentes emprisonnant entre elles un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive et à ordre nématique, au moins localement, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement des molécules dudit cristal liquide. fi0 The present invention relates to a passive electro-optical display device comprising two polarizers between which is disposed a display cell comprising two 55 transparent plates trapping between them a liquid crystal with positive dielectric anisotropy and nematic order, at least locally , the internal faces of said plates carrying control electrodes and alignment layers of the molecules of said liquid crystal. fi0

Il est à remarquer que l'on connaît des cellules d'affichages dites nématiques tordues (twisted nematic), décrites par exemple dans le brevet américain No 3 918 796, dont le principe de fonctionnement est le suivant: on joue sur le fait qu'une couche de cristal liquide nématique dont les molécules sont orientées selon un axe sur l'une des plaques et selon un axe perpendiculaire au premier sur l'autre plaque fait tourner le plan de polarisation de la lumière de 90°. Si des polariseurs croisés sont placés à l'avant et à l'arrière de la cellule, une seule des composantes de la lumière est absorbée et la cellule est transparente. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes de la cellule, il se crée un champ induisant une structure homéotrope des molécules du cristal liquide. De ce fait, le plan de polarisation ne tourne plus dans les zones où règne ledit champ, de sorte que la deuxième composante de la lumière est ainsi absorbée et que lesdites zones sont alors absorbantes. En plaçant les polariseurs parallèlement l'un à l'autre, on obtient une cellule à affichage complémentaire de celles décrite ci-dessus, c'est-à-dire absorbante dans les zones non activées et transparente dans les zones activées. It should be noted that known so-called twisted nematic display cells, described for example in American patent No. 3,918,796, the operating principle of which is as follows: we play on the fact that a nematic liquid crystal layer whose molecules are oriented along an axis on one of the plates and along an axis perpendicular to the first on the other plate rotates the plane of polarization of light by 90 °. If crossed polarizers are placed at the front and back of the cell, only one of the light components is absorbed and the cell is transparent. When a voltage is applied to the cell electrodes, a field is created which induces a homeotropic structure of the molecules of the liquid crystal. As a result, the plane of polarization no longer rotates in the zones where said field prevails, so that the second component of the light is thus absorbed and that said zones are then absorbent. By placing the polarizers parallel to each other, a cell with a display complementary to those described above is obtained, that is to say absorbent in the non-activated areas and transparent in the activated areas.

Le but de l'invention est de réaliser un dispositif d'affichage ayant des caractéristiques équivalentes à celles décrites précédemment mais permettant, de plus de simplifier la détermination de la topologie des électrodes de la cellule, de diminuer la consommation d'énergie et de réaliser des zones affichant des informations permanentes, dans le même plan que les segments d'affichage, sans opération supplémentaire et sans augmenter la consommation de la cellule. The object of the invention is to provide a display device having characteristics equivalent to those described above but which, moreover, simplifies the determination of the topology of the cell electrodes, reduces energy consumption and achieves areas displaying permanent information, in the same plane as the display segments, without additional operation and without increasing the consumption of the cell.

Ce but est atteint grâce aux moyens revendiqués. This goal is achieved by the means claimed.

Le dessin représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'objet de l'invention. The drawing shows, by way of example, three embodiments of the subject of the invention.

Les figs. 1 à 3 sont des coupes partielles de trois formes d'exécution de dispositifs d'affichage électro-optique passif. Figs. 1 to 3 are partial sections of three embodiments of passive electro-optical display devices.

Il est à remarquer que, dans toutes ces figures, les épaisseurs des éléments représentés ont été exagérées afin d'accroître la clarté du dessin. It should be noted that, in all these figures, the thicknesses of the elements represented have been exaggerated in order to increase the clarity of the drawing.

Le dispositif d'affichage électro-optique passif représenté à la fig. 1 comprend deux polariseurs 1 et 2, dont les axes de passage al et a2 sont parallèles, entre lesquels est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques transparentes 3 et 4, par exemple en verre, maintenues à distance l'une de l'autre par un cadre 5 auquel lesdites plaques sont assemblées de façon étanche, ménageant ainsi une enceinte dans laquelle est emprisonné un cristal liquide nématique 6, à anisotropie diélectrique positive. The passive electro-optical display device shown in FIG. 1 comprises two polarizers 1 and 2, the axes of passage a1 and a2 of which are parallel, between which is arranged a display cell comprising two transparent plates 3 and 4, for example made of glass, kept at a distance from one of the another by a frame 5 to which said plates are tightly assembled, thus providing an enclosure in which is trapped a nematic liquid crystal 6, with positive dielectric anisotropy.

La plaque antérieure 3 porte, sur sa face interne, des électrodes de commande transparentes 7, en Sn02 par exemple, alors que la plaque postérieure 4 porte, sur sa face interne, une électrode de commande 8, également en Sn02. La plaque 3 est revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 9, laquelle est elle-même revêtue d'une couche d'alignement homéotrope 10. Cette dernière est interrompue au droit des zones d'affichage, en des emplacements désignés par The front plate 3 carries, on its internal face, transparent control electrodes 7, in SnO2 for example, while the rear plate 4 carries, on its internal face, a control electrode 8, also in SnO2. The plate 3 is coated internally with a homogeneous planar alignment layer 9, which is itself coated with a homeotropic alignment layer 10. The latter is interrupted in line with the display areas, at locations designated by

11 au dessin, qui forment des segments. Quant à la plaque 4, elles est entièrement revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 12 dont la direction d'alignement est perpendiculaire à celle de la couche 9. Un diffuseur 13 est placé derrière le polariseur postérieur 2. 11 in the drawing, which form segments. As for the plate 4, they are entirely coated internally with a homogeneous planar alignment layer 12 whose alignment direction is perpendicular to that of the layer 9. A diffuser 13 is placed behind the rear polarizer 2.

Dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage 11, les molécules du cristal liquide sont en contact d'une part avec la couche d'alignement homéotrope 10 de la plaque 3 et d'autre part avec la couche d'alignement planaire homogène In the area of the cell located outside the display zones 11, the molecules of the liquid crystal are in contact on the one hand with the homeotropic alignment layer 10 of the plate 3 and on the other hand with the layer d homogeneous planar alignment

12 de la plaque 4. Comme le montre le dessin, la couche 10 produit un alignement homéotrope des molécules du cristal liquide, alors que la couche 12 produit un alignement planaire homogène desdites molécules qui sont à la fois parallèles au plan de la cellule et perpendiculaires à celui du dessin. Cet agencement ne fait pas tourner l'orientation du plan de polarisation de la lumière que laisse passer le polariseur 1. En conséquence, et du fait que le polariseur 2 est orienté parallèlement au polariseur 1, seule une des composantes de la lumière est absorbée dans ladite aire qui, néanmoins, reste claire. 12 of plate 4. As shown in the drawing, layer 10 produces a homeotropic alignment of the molecules of the liquid crystal, while layer 12 produces a homogeneous planar alignment of said molecules which are both parallel to the plane of the cell and perpendicular to that of the drawing. This arrangement does not rotate the orientation of the plane of polarization of the light which the polarizer 1 passes. Consequently, and because the polarizer 2 is oriented parallel to the polarizer 1, only one of the components of the light is absorbed in said area which, however, remains clear.

Dans les zones d'affichage (segments) 11, les molécules du cristal liquide sont en contact avec les couches d'alignement planaire homogène 9 et 12. Comme les directions d'alignement In the display areas (segments) 11, the molecules of the liquid crystal are in contact with the homogeneous planar alignment layers 9 and 12. Like the alignment directions

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de ces deux couches sont sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre, elles induisent dans le cristal liquide une structure hélicoïdale faisant tourner le plan de polarisation de la lumière issue du polariseur 1 d'un angle d'environ 90°. Les polariseurs 1 et 2 étant parallèles, il en résulte que les deux composantes de la lumière sont absorbées, de sorte que les zones 11 non activées sont complètement absorbantes et apparaissent en sombre. of these two layers are substantially perpendicular to each other, they induce in the liquid crystal a helical structure rotating the plane of polarization of the light coming from the polarizer 1 by an angle of about 90 °. The polarizers 1 and 2 being parallel, it follows that the two components of the light are absorbed, so that the non-activated zones 11 are completely absorbent and appear dark.

Dans les zones d'affichage activées, telle la zone 11 située à droite à la fig. 1, le champ électrique E* induit dans le cristal liquide une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule. Le plan de polarisation de la lumière n'est donc plus modifié dans son orientation. De la sorte, les zones 11 activées deviennent transparentes et se confondent alors avec l'aire environnante, transparente également. In the activated display zones, such as zone 11 located on the right in FIG. 1, the electric field E * induces in the liquid crystal a homeotropic structure, that is to say perpendicular to the plane of the cell. The plane of polarization of light is therefore no longer modified in its orientation. In this way, the activated zones 11 become transparent and then merge with the surrounding area, which is also transparent.

La forme d'exécution de la fig. 2 diffère de celle de la fig. 1 par le fait que, en dehors des zones d'affichage 11, la plaque postérieure 4 est également recouverte d'une couche d'alignement homéotrope, désignée par 14. The embodiment of fig. 2 differs from that of FIG. 1 by the fact that, apart from the display zones 11, the rear plate 4 is also covered with a homeotropic alignment layer, designated by 14.

Il résulte de l'agencement décrit ci-dessus que, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, le cristal liquide a une structure homéotrope. Le plan de polarisation de la lumière n'est donc pas modifié et ladite aire est ainsi transparente, comme dans le cas de la fig. 1. Quant au fonctionnement des zones d'affichage 11, il est identique à celili de la fig. 1. It follows from the arrangement described above that, in the area outside the display areas, the liquid crystal has a homeotropic structure. The plane of polarization of the light is therefore not modified and said area is thus transparent, as in the case of FIG. 1. As for the operation of the display zones 11, it is identical to that of FIG. 1.

La forme d'exécution de la fig. 3 diffère de celle de la fig. 1 par le fait que, d'une part, le dispositif fonctionne en transmission, le diffuseur 13 ayant été supprimé, et que, d'autre part, les axes de passage al et a2 des polariseurs 1 et 2, respectivement, sont perpendiculaires l'un à l'autre. De plus, dans l'aire située en dehors des zones d'affichage, la couche de cristal liquide a une structure homogène planaire et, de ce fait, ne modifie pas le plan de polarisation de la composante de la lumière qui a traversé le polariseur 1. Cette composante est donc absorbée par le polariseur 2. L'aire située en dehors des zones d'affichage apparaîtra donc sombre. Au droit des zones d'affichage 11, et en l'absence de champ électrique E , les couches d'alignement 9 et 12 induisent dans la couche de cristal liquide une structure hélicoïdale ayant pour propriété de faire tourner de 90° environ le plan de polarisation de la composante de la lumière ayant traversé le polariseur 1. Cette composante ne sera donc pas absorbée par le polariseur 2. L'aire située au droit des zones d'affichage apparaîtra donc transparente en l'absence de champ E . Ainsi, dans les deux premières formes d'exécution, l'affichage se présente en sombre sur aire claire, ce qui est généralement apprécié pour les affichages travaillant en réflexion, alors que, dans la troisième forme d'exécution, travaillant en transmission, l'affichage se présente en claire sur aire sombre. Dans ces trois cas, la commande est inversée, l'application du champ électrique ayant pour effet «d'effacer» les zones d'affichage qui ne doivent pas être visibles. The embodiment of fig. 3 differs from that of FIG. 1 by the fact that, on the one hand, the device operates in transmission, the diffuser 13 having been eliminated, and that, on the other hand, the axes of passage a1 and a2 of the polarizers 1 and 2, respectively, are perpendicular l to each other. In addition, in the area outside the display areas, the liquid crystal layer has a planar homogeneous structure and, therefore, does not change the plane of polarization of the component of light which has passed through the polarizer. 1. This component is therefore absorbed by the polarizer 2. The area outside the display areas will therefore appear dark. In line with the display zones 11, and in the absence of an electric field E, the alignment layers 9 and 12 induce in the liquid crystal layer a helical structure having the property of rotating the plane of about 90 °. polarization of the component of the light having passed through the polarizer 1. This component will therefore not be absorbed by the polarizer 2. The area located to the right of the display areas will therefore appear transparent in the absence of field E. Thus, in the first two embodiments, the display appears in dark on a light area, which is generally appreciated for displays working in reflection, while, in the third embodiment, working in transmission, the the display is presented in clear on a dark area. In these three cases, the control is reversed, the application of the electric field having the effect of “erasing” the display areas which should not be visible.

Un affichage en sombre sur fond clair est obtenu avec un dispositif dont les polariseurs sont parallèles entre eux, alors que, pour un affichage en clair sur fond sombre, les polariseurs sont perpendiculaires l'un à l'autre. Le dispositif fonctionnera quelle que soit l'orientation relative des polariseurs et des couches d'alignement. Toutefois, si les axes des polariseurs sont perpendiculaires à la direction d'alignement de l'une ou l'autre des couches d'alignement planaire, on évite l'apparition de couleurs d'interférence. A dark display on a light background is obtained with a device whose polarizers are mutually parallel, while, for a light display on a dark background, the polarizers are perpendicular to each other. The device will work regardless of the relative orientation of the polarizers and alignment layers. However, if the axes of the polarizers are perpendicular to the alignment direction of one or the other of the planar alignment layers, the appearance of interference colors is avoided.

Il est à remarquer que la présente disposition supprime les contraintes usuelles auxquelles est soumise la détermination de la topologie des électrodes. En effet, là où la projection du dessin d'une électrode de la plaque antérieure sur la plaque 5 postérieure croise le dessin d'une électrode de celle-ci, il se crée un champ électrique qui tend à orienter les molécules du cristal liquide selon une structure homéotrope, structure ne modifiant pas le plan de polarisation de la lumière. Toutes les structures décrites pour l'aire située en dehors des zones d'affichage ayant io un tel comportement, les points de croisement ne risquent donc pas d'être visibles intempestivement. La réalisation du dessin des réseaux des électrodes portées par les deux plaques en est grandement facilitée. Ainsi, une des plaques pourrait-elle être entièrement recouverte d'une couche conductrice. Cette amé-15 lioration peut être considérée comme une simplification importante. It should be noted that this provision eliminates the usual constraints to which the determination of the topology of the electrodes is subjected. Indeed, where the projection of the design of an electrode of the anterior plate on the rear plate 5 crosses the design of an electrode of the latter, an electric field is created which tends to orient the molecules of the liquid crystal according to a homeotropic structure, a structure which does not modify the plane of polarization of light. All the structures described for the area situated outside the display zones having such behavior, the crossing points are therefore not likely to be seen inadvertently. The drawing of the networks of the electrodes carried by the two plates is greatly facilitated. Thus, one of the plates could be entirely covered with a conductive layer. This improvement can be seen as an important simplification.

Les couches d'alignement utilisées pourront être réalisées de diverses manières: The alignment layers used can be produced in various ways:

L'alignement homéotrope pourra être obtenu à l'aide d'alu-2o mine, de fluorure de magnésium (cf. demande de brevet alle-mend No 23 30 909 de la maison SIEMENS), ou encore d'oxyde de magnésium, qui pourront être déposés de toute manière connue, par exemple par pulvérisation cathodique, par déposition en phase vapeur ou par évaporation sous vide, selon 25 une incidence sensiblement normale au substrat. On pourra encore utiliser un Surfactant tel que, par exemple, la lécithine. Homeotropic alignment can be obtained using alu-2o mine, magnesium fluoride (cf. German patent application no. 23 30 909 from SIEMENS), or magnesium oxide, which may be deposited in any known manner, for example by sputtering, by vapor deposition or by vacuum evaporation, at an incidence substantially normal to the substrate. We can also use a surfactant such as, for example, lecithin.

Quant à l'alignement planaire homogène, il pourra être obtenu à l'aide d'oxyde de silicium ou autre, notamment selon les techniques exposées par J.L. JANNING dans Applied Phy-30 sics Letters, Vol. 21, 1972, pages 173 et suivantes. Les couches d'alignement planaire peuvent également être réalisées par simple frottement du substrat, la direction de ce frottement définissant la direction de l'alignement. As for the homogeneous planar alignment, it can be obtained using silicon oxide or other, in particular according to the techniques exposed by J.L. JANNING in Applied Phy-30 sics Letters, Vol. 21, 1972, pages 173 et seq. The planar alignment layers can also be produced by simple friction of the substrate, the direction of this friction defining the direction of alignment.

Il convient de noter qu'il faut bien comprendre que «pla-35 naire» ne signifie pas que les axes des molécules sont exactement parallèles au plan de la cellule, comme aussi «homéotrope» ne signifie pas que ces axes sont exactement perpendiculaires à ce plan. Le parallélisme et la perpendicularité ne sont que les cas limites. It should be noted that it must be understood that "planar" does not mean that the axes of the molecules are exactly parallel to the plane of the cell, as also "homeotropic" does not mean that these axes are exactly perpendicular to this plan. Parallelism and perpendicularity are only the limit cases.

40 II est à remarquer que, par exemple, pour imposer un sens de rotation à l'hélice telle que représentée dans les zones d'affichage 11 de gauche aux différentes figures du dessin, on peut ajouter au cristal liquide nématique un composé optiquement actif ayant pour effet d'induire, en l'absence de contraintes 45 extérieures, une structure en hélice. Un tel mélange est à ordre local nématique (Voir E.B. Priestey, RCA Review, Vol. 35, mars 1974, p. 84 et suivantes). 40 It should be noted that, for example, to impose a direction of rotation on the propeller as shown in the display areas 11 on the left in the various figures of the drawing, it is possible to add to the nematic liquid crystal an optically active compound having the effect of inducing, in the absence of external constraints, a helical structure. Such a mixture is of local nematic order (See E.B. Priestey, RCA Review, Vol. 35, March 1974, p. 84 et seq.).

Enfin, il convient de relever que l'on pourra prévoir, dans le présent dispositif, des zones d'affichage permanent, c'est-à-dire 50 des zones de même construction que les zones d'affichage mais dépourvues d'électrodes de commande qui, par conséquent, resteront constamment contrastées. De telles zones pourront, par exemple, constituer un cadre entourant l'ensemble des zones d'affichage. Finally, it should be noted that provision may be made, in the present device, for permanent display zones, that is to say 50 zones of the same construction as the display zones but devoid of electrodes. command which, therefore, will remain constantly contrasted. Such areas could, for example, constitute a frame surrounding all of the display areas.

55 De même, la présente disposition pourra aisément se combiner avec la disposition classique dans laquelle ce sont les segments à afficher qui doivent être activés. On pourrait, en effet, imaginer une cellule d'affichage comprenant, dans la même enceinte, deux aires d'affichage, l'une réalisée suivant la pré-60 sente disposition et l'autre du type nématique tordu. 55 Likewise, the present arrangement can easily be combined with the conventional arrangement in which it is the segments to be displayed which must be activated. One could, in fact, imagine a display cell comprising, in the same enclosure, two display areas, one produced according to the pre-60 layout and the other of the twisted nematic type.

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

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1. Passive electro-optical display device comprising two polarizers between which is disposed a display cell comprising two transparent plates trapping between them a liquid crystal with positive dielectric anisotropy and s nematic order, at least locally, the internal faces of said plates carrying control electrodes and alignment layers for the molecules of said liquid crystal, characterized in that, in line with the display areas, the plates are covered with substantially planar n> homogeneous alignment layers, such as the alignment direction defined by the alignment layer of the anterior plate is substantially perpendicular to the alignment direction defined by the alignment layer of the posterior plate, thereby inducing in the liquid crystal layer, in the absence of electric field, a helical structure, whereas, in the area outside the display areas, the alignment layers of s two plates define directions of alignment of the molecules of the liquid crystal such that there is a plane, perpendicular to the plane of the cell, in which the major axes of the molecules of the liquid crystal are inscribed throughout the thickness of the layer.

2. Device according to claim 1, characterized in that the axes of the two polarizers are perpendicular to the alignment direction induced by one of the alignment layers in the display areas. 25

3. Device according to claim 2, characterized in that the polarizers are parallel, both being perpendicular to the direction of alignment induced by the same alignment layer.

4. Device according to claim 2, characterized in that the polarizers are perpendicular to each other, being respectively perpendicular to the alignment direction induced by the alignment layers of each of the plates.

5. Device according to claim 1, characterized in that, in the area situated outside the display areas, the alignment layer of one of the plates induces a substantially planar homogeneous alignment while the layer d alignment of the other plate induces a homeotropic alignment.

6. Device according to claim 1, characterized in that, in the area outside the display areas, the 40 alignment layers deposited on the plates induce homogeneous planar alignments, the alignment directions being parallel between them and to the direction of the alignment layer with which one of the plates is coated in the display areas. 45

7. Device according to claim 1, characterized in that, in the area outside the display areas, the alignment layers deposited on the plates induce homeotropic alignments.

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