CH623661A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention a pour objet un dispositif d'affichage électro-optique passif comprenant un réflecteur devant lequel est placée une lame quart d'onde en avant de laquelle est disposée une cellule d'affichage comportant deux plaques de verre transparentes emprisonnant entre elles un mélange formé d'un cristal liquide au moins à ordre local nématique, à anisotropie diélectrique positive, additionné de molécules dichroïques, les faces internes desdites plaques portant des électrodes de commande et des couches d'alignement. The present invention relates to a passive electro-optical display device comprising a reflector in front of which is placed a quarter-wave plate in front of which is disposed a display cell comprising two transparent glass plates trapping a mixture between them formed of a liquid crystal at least in local nematic order, with positive dielectric anisotropy, supplemented with dichroic molecules, the internal faces of said plates carrying control electrodes and alignment layers.
Il s'agit de cellules connues en soi, telles que, par exemple, décrites par Nagasaki dans le brevet USA N° 3900248. These are cells known per se, such as, for example, described by Nagasaki in US Patent No. 3,900,248.
L'inconvénient de ces cellules réside dans le fait que, pour un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive, l'affichage s'effectue en clair sur fond sombre, ce qui est généralement peu apprécié. Un affichage en sombre sur fond clair peut être obtenu en utilisant un cristal liquide à anisotropie diélectrique négative. Cette solution cependant a pour inconvénient principal de nécessiter des tensions de commande plus élevées. The disadvantage of these cells lies in the fact that, for a liquid crystal with positive dielectric anisotropy, the display is done in clear on a dark background, which is generally not appreciated. A dark display on a light background can be obtained using a liquid crystal with negative dielectric anisotropy. The main drawback of this solution, however, is that it requires higher control voltages.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en apportant à ce type de cellules une modification telle que l'affichage s'effectue en sombre sur fond clair, avec un cristal liquide à anisotropie diélectrique positive, et que la détermination de la topologie des électrodes de commande de la cellule en soit simplifiée. The object of the present invention is to remedy these drawbacks by making a modification to this type of cell such that the display is performed in dark on a light background, with a liquid crystal with positive dielectric anisotropy, and that the determination of the the topology of the cell control electrodes is simplified.
Le dessin illustre l'état de la technique et représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention. The drawing illustrates the state of the art and represents, by way of example, two embodiments of the subject of the invention.
La fig. 1 est une coupe d'une partie d'un dispositif d'affichage électro-optique tel que décrit dans le brevet USA N° 3900248, et les fig. 2 et 3 sont des coupes partielles de deux formes d'exécution de dispositifs d'affichage suivant l'invention. Fig. 1 is a section through a part of an electro-optical display device as described in US Patent No. 3,900,248, and FIGS. 2 and 3 are partial sections of two embodiments of display devices according to the invention.
Il est à remarquer que, dans toutes ces figures, l'épaisseur des éléments représentés a été exagérée afin d'accroître la clarté du dessin. It should be noted that, in all these figures, the thickness of the elements represented has been exaggerated in order to increase the clarity of the drawing.
Le dispositif électro-optique d'affichage représenté à la fig. 1 comprend une cellule d'affichage formée de deux plaques de verre 1 et 2 portant des électrodes transparentes 3 et 4, respectivement, revêtues intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 5, respectivement 6. Entre ces plaques 1 et 2 est disposé un cristal liquide nématique 7 à anisotropie diélectrique positive, chargé de molécules dichroïques, dont l'axe d'absorption de la lumière est parallèle au grand axe desdites molécules, par exemple du méthylorange. Un réflecteur 8 est placé derrière la plaque postérieure 2, avec interposition d'une lame quart d'onde 9. Cette dernière est placée de façon telle que ses axes neutres fassent un angle de 45° avec la direction d'orientation, au repos, des molécules du cristal liquide adjacentes à la plaque postérieure 2 de la cellule. De plus, la caractéristique optique de la lame quart d'onde 9 est centrée sur le pic d'absorption des molécules dichroïques. La lame quart d'onde pourrait aussi être achromatique. The electro-optical display device shown in FIG. 1 comprises a display cell formed by two glass plates 1 and 2 carrying transparent electrodes 3 and 4, respectively, internally coated with a homogeneous planar alignment layer 5, respectively 6. Between these plates 1 and 2 is disposed a nematic liquid crystal 7 with positive dielectric anisotropy, charged with dichroic molecules, whose axis of absorption of light is parallel to the major axis of said molecules, for example methyl orange. A reflector 8 is placed behind the rear plate 2, with the interposition of a quarter-wave plate 9. The latter is placed in such a way that its neutral axes make an angle of 45 ° with the direction of orientation, at rest, liquid crystal molecules adjacent to the back plate 2 of the cell. In addition, the optical characteristic of the quarter-wave plate 9 is centered on the absorption peak of the dichroic molecules. The quarter-wave plate could also be achromatic.
Cette cellule fonctionne de la façon suivante : This cell works as follows:
Les molécules dichroïques étant orientées parallèlement aux molécules du cristal liquide 7, il en résulte qu'en l'absence d'un champ électrique, elles sont parallèles au plan de la cellule. En conséquence, pour une intensité de la lumière incidente non polarisée, normalisée à 1, la composante de la lumière traversant la cellule, parallèle à l'orientation des molécules dichroïques, The dichroic molecules being oriented parallel to the molecules of the liquid crystal 7, it follows that in the absence of an electric field, they are parallel to the plane of the cell. Consequently, for an intensity of non-polarized incident light, normalized to 1, the component of light passing through the cell, parallel to the orientation of the dichroic molecules,
aura, à sa sortie à l'arrière de la cellule, une intensité: will have, at its exit at the back of the cell, an intensity:
Isar || = 2 e_aL> alors que l'intensité de la composante perpendiculaire est égale à Isarj_=2, a étant le coefficient d'absorption du mélange selon la direction du grand axe des molécules dichroïques et L étant l'épaisseur de la couche du mélange. Isar || = 2 e_aL> while the intensity of the perpendicular component is equal to Isarj_ = 2, a being the absorption coefficient of the mixture along the direction of the major axis of the dichroic molecules and L being the thickness of the layer of the mixture.
La lumière traverse alors la lame quart d'onde 9, est réfléchie par le réflecteur 8, puis retraverse la lame quart d'onde, ce qui a pour effet de faire tourner son plan de polarisation de 90°. De la sorte, l'intensité de la composante de la lumière, qui est parallèle à l'orientation des molécules dichroïques et qui entre par l'arrière de la cellule, est égale à rl^ar ||=ï=Isarj> alors que l'intensité de la composante perpendiculaire est égale à: The light then crosses the quarter-wave plate 9, is reflected by the reflector 8, then crosses back the quarter-wave plate, which has the effect of rotating its plane of polarization by 90 °. In this way, the intensity of the light component, which is parallel to the orientation of the dichroic molecules and which enters from the back of the cell, is equal to rl ^ ar || = ï = Isarj> while the intensity of the perpendicular component is equal to:
Itiar j_= 2 e aL==Isar ||- Itiar j_ = 2 e aL == Isar || -
Au retour, la composante perpendiculaire ne subit aucune modification, de telle sorte qu'à la sortie de la cellule, on a: Isar[=2e_c"L- On return, the perpendicular component does not undergo any modification, so that at the exit of the cell, we have: Isar [= 2e_c "L-
Par contre, la composante parallèle sera absorbée de telle sorte que l'intensité de sortie de cette composante soit aussi égale à: On the other hand, the parallel component will be absorbed so that the output intensity of this component is also equal to:
Isar II ~lfi "L- Isar II ~ lfi "L-
Prise globalement, l'intensité de sortie est égale à: Isar=e_clL- Taken as a whole, the output intensity is equal to: Isar = e_clL-
Dans le cas où les molécules dichroïques sont perpendiculaires au plan de la cellule, il n'y a pas d'absorption. La luminosité n'est donc pas affectée, comme cela se produit avec l'utilisation d'un polariseur. In the case where the dichroic molecules are perpendicular to the plane of the cell, there is no absorption. The brightness is therefore not affected, as happens with the use of a polarizer.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
Le dispositif d'affichage représenté à la fig. 2 comprend une cellule constituée par deux plaques de verre transparentes 10 et 11, séparées par un cadre 12, et qui emprisonnent entre elles un mélange 13 constitué par un cristal liquide nématique, ou au moins à ordre local nématique, à anisotropie diélectrique positive, additionné de molécules dichroïques. The display device shown in FIG. 2 comprises a cell constituted by two transparent glass plates 10 and 11, separated by a frame 12, and which trap between them a mixture 13 constituted by a nematic liquid crystal, or at least in local nematic order, with positive dielectric anisotropy, added of dichroic molecules.
La plaque antérieure 10 porte, sur sa face interne, des électrodes de commande transparentes 14, en SnC>2 par exemple, alors que la plaque postérieure 11 porte, sur sa face interne, une électrode de commande 15, en Sn02 également. La plaque 10 est en outre revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 16 des molécules du mélange 13. Cette couche 16 est elle-même recouverte d'une couche d'alignement homéotrope 17, interrompue au droit des zones d'affichage (segments), désignées par 18. La plaque postérieure 11 de la cellule est revêtue intérieurement d'une couche d'alignement planaire homogène 19, elle-même recouverte d'une couche d'alignement homéotrope 20, interrompue au droit des zones d'affichage 18. The front plate 10 carries, on its internal face, transparent control electrodes 14, in SnC> 2 for example, while the rear plate 11 carries, on its internal face, a control electrode 15, also in SnO2. The plate 10 is also coated internally with a homogeneous planar alignment layer 16 of the molecules of the mixture 13. This layer 16 is itself covered with a homeotropic alignment layer 17, interrupted in line with the display zones (segments), designated by 18. The rear plate 11 of the cell is internally coated with a homogeneous planar alignment layer 19, itself covered with a homeotropic alignment layer 20, interrupted in line with the zones of display 18.
Le dispositif d'affichage comporte, située derrière la cellule, une lame quart d'onde 21 et, situé derrière cette lame 21, un réflecteur 22. The display device comprises, located behind the cell, a quarter wave plate 21 and, located behind this plate 21, a reflector 22.
Dans l'aire de la cellule située hors des zones d'affichage 18, les molécules du mélange ont une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule, dans toute l'épaisseur de la couche du mélange 13. La lumière incidente n'est ainsi pas absorbée et ladite aire de la cellule est dès lors transparente, ayant l'aspect du fond, notamment sa couleur. In the area of the cell located outside the display areas 18, the molecules of the mixture have a homeotropic structure, that is to say perpendicular to the plane of the cell, throughout the thickness of the layer of the mixture 13 The incident light is thus not absorbed and said area of the cell is therefore transparent, having the appearance of the background, in particular its color.
Dans les zones d'affichage (segments) non soumises à l'action d'un champ électrique, telle la zone 18 située à gauche à la fig. 2, les molécules du mélange 13 ont, sous l'effet des couches d'alignement planaire homogène 16 et 19, une structure planaire, la couche du mélange fonctionnant alors comme un polariseur. Il en résulte qu'une composante de la lumière incidente est absorbée à l'aller, puis, grâce à la rotation de 90° du plan de polarisation de la lumière que produit la lame quart d'onde traversée deux fois, la seconde composante de la lumière est absorbée au retour. Dans ces zones, le fonctionnement est le même que celui décrit pour la fig. 1 (état de la technique). Ainsi, en l'absence de champ, les zones d'affichage 18 sont toutes absorbantes, l'aire environnante étant transparente. In the display areas (segments) not subjected to the action of an electric field, such as the area 18 located on the left in FIG. 2, the molecules of the mixture 13 have, under the effect of the homogeneous planar alignment layers 16 and 19, a planar structure, the layer of the mixture then functioning as a polarizer. It follows that a component of the incident light is absorbed on the outward journey, then, thanks to the 90 ° rotation of the plane of polarization of the light produced by the quarter-wave plate crossed twice, the second component of the light is absorbed on the return. In these zones, the operation is the same as that described for FIG. 1 (state of the art). Thus, in the absence of a field, the display areas 18 are all absorbent, the surrounding area being transparent.
L'application d'un champ électrique E à celles des zones d'affichage que l'on ne désire pas voir apparaître, telle la zone 18 de droite à la fig. 2, a pour effet d'orienter les molécules du mélange 13 suivant une structure homéotrope, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la cellule. Les zones ainsi activées n'absorbent plus la lumière et deviennent transparentes, se confondant alors avec l'aire environnante qui l'est aussi. L'affichage s'effectue ainsi par commande inversée. The application of an electric field E to those of the display areas that one does not wish to see appear, such as the area 18 on the right in FIG. 2, has the effect of orienting the molecules of the mixture 13 according to a homeotropic structure, that is to say perpendicular to the plane of the cell. The zones thus activated no longer absorb the light and become transparent, thus merging with the surrounding area which is also. The display is thus carried out by reverse command.
La forme d'exécution de la fig. 3 se distingue de la précédente par le fait que la couche d'alignement planaire homogène 16 recouvrant intérieurement la plaque antérieure 10 est supprimée, et par le fait que la couche d'alignement homéotrope 17, interrompue au droit des zones d'affichage 18, est remplacée par une couche 23 d'alignement homéotrope ininterrompue, ce qui est plus facile à réaliser. Quant au reste, la cellule d'affichage du dispositif de la fig. 3 est identique à celle de la fig. 2. The embodiment of fig. 3 is distinguished from the previous one by the fact that the homogeneous planar alignment layer 16 internally covering the front plate 10 is eliminated, and by the fact that the homeotropic alignment layer 17, interrupted in line with the display zones 18, is replaced by a layer 23 of uninterrupted homeotropic alignment, which is easier to achieve. As for the rest, the display cell of the device of FIG. 3 is identical to that of FIG. 2.
Dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage, le comportement est le même que celui décrit pour le dispositif de la fig. 2. Dans les zones d'affichage (segments) non soumises à l'action d'un champ électrique, telle la zone 18 de gauche à la fig. 3, les molécules du mélange 13 adjacentes à la plaque 10 ont un alignement homéotrope sous l'action de la couche d'alignement 23, alors que celles qui sont adjacentes à la plaque 11 ont un alignement planaire homogène, sous l'effet de la couche d'alignement 19. De la sorte, on est en présence d'une structure mixte, les molécules du mélange passant progressivement d'un alignement homéotrope sur la plaque 10 à un alignement planaire homogène sur la plaque 11. Il en résulte que, dans ces zones d'affichage 18 In the area of the cell located outside the display areas, the behavior is the same as that described for the device in FIG. 2. In display areas (segments) not subject to the action of an electric field, such as area 18 on the left in fig. 3, the molecules of the mixture 13 adjacent to the plate 10 have a homeotropic alignment under the action of the alignment layer 23, while those which are adjacent to the plate 11 have a homogeneous planar alignment, under the effect of the alignment layer 19. In this way, we are in the presence of a mixed structure, the molecules of the mixture progressively passing from a homeotropic alignment on the plate 10 to a homogeneous planar alignment on the plate 11. As a result, in these display areas 18
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non activées, la première composante de la lumière est absorbée à l'aller et la deuxième au retour, de sorte que ces zones sont absorbantes. not activated, the first component of the light is absorbed on the outward journey and the second on the return, so that these zones are absorbent.
Si une tension est appliquée aux électrodes 14 et 15, il se crée, dans la zone d'affichage 18 concernée, un champ électrique Ë ayant pour effet de conférer aux molécules du mélange 13 une structure homéotrope qui est transparente. Ces zones activées s'effacent alors, puisqu'elles cessent d'être visibles par rapport à l'aire environnante. If a voltage is applied to the electrodes 14 and 15, an electric field Ë is created in the display area 18 concerned, the effect of which is to give the molecules of the mixture 13 a homeotropic structure which is transparent. These activated zones then disappear, since they cease to be visible with respect to the surrounding area.
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'alumine, de fluorure de magnésium (cf. demande de brevet allemand N° 2330909 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 une incidence sensiblement normale au substrat. On pourra encore utiliser un Surfactant tel que, par exemple, la lécithine. Homeotropic alignment can be obtained using alumina, magnesium fluoride (cf. German patent application No. 2330909 from Siemens), or magnesium oxide, which can be deposited anyway known, 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 Physics Letters», vol. 21,1972, p. 173 et suiv. 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 described by J.L. Janning in "Applied Physics Letters", vol. 21.1972, p. 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 planaire 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 molecules are exactly parallel to the plane of the cell, as also homeotropic does not mean that these axes are exactly perpendicular to this plane. Parallelism and perpendicularity are only the limit cases.
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 postérieure croise le dessin d'une électrode de celle-ci, il se crée un champ électrique qui tend à orienter les molécules du mélange selon une structure homéotrope, laquelle est précisément la structure du mélange dans l'aire de la cellule située en dehors des zones d'affichage. 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 être entièrement recouverte d'une couche conductrice. Cette amélioration 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 crosses the design of an electrode of the latter, an electric field is created which tends to orient the molecules of the mixture according to a structure homeotropic, which is precisely the structure of the mixture in the area of the cell located outside the display areas. 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.
On peut encore noter que, si on ajoute au mélange un composé optiquement actif tel que défini dans le brevet USA N° 3833287, par exemple du CB 15 de la firme anglaise BDH, la présente disposition s'approche alors de celle figurant dans la demande de brevet USA N° 06/22199 du 20 mars 1979 décrivant une cellule d'affichage du type White Taylor modifiée de façon analogue à celle dont la cellule Nagasaki est modifiée ici. Un tel composé optiquement actif induit une structure hélicoïdale dans le mélange, du moins en l'absence de contraintes. Ce mélange, s'il n'est pas nématique, est en tout cas à ordre nématique localement. Le pas de l'hélice est fonction de la concentration en composé optiquement actif. Si le pas de l'hélice est grand par rapport à la longueur d'onde de la lumière incidente, un régime guide d'onde s'établit dans la couche du mélange (cf. «The Physics of Liquid Crystals», P.G. De Gennes, Oxford University Press, 1975, pp. 224 à 226). Même si le pas de l'hélice est tel que le régime guide d'onde n'est que partiel, les deux composantes de la lumière incidente restent inégalement absorbées en l'absence de la lame quart d'onde. Il va de soi que, si l'on ajoute un composé optiquement actif au cristal liquide nématique, l'épaisseur de la couche du mélange sera inférieure à la valeur critique telle que définie dans la demande de brevet USA N° 22199, au moins dans l'aire située hors des zones d'affichage. It may also be noted that, if an optically active compound as defined in USA patent No. 3833287, for example of CB 15 from the English firm BDH, is added to the mixture, the present provision then approaches that of the application. US Patent No. 06/22199 of March 20, 1979 describing a White Taylor type display cell modified in a similar manner to that of which the Nagasaki cell is modified here. Such an optically active compound induces a helical structure in the mixture, at least in the absence of constraints. This mixture, if it is not nematic, is in any case locally nematic. The pitch of the helix is a function of the concentration of optically active compound. If the pitch of the helix is large compared to the wavelength of the incident light, a waveguide regime is established in the layer of the mixture (cf. "The Physics of Liquid Crystals", PG De Gennes , Oxford University Press, 1975, pp. 224-226). Even if the pitch of the propeller is such that the waveguide speed is only partial, the two components of the incident light remain unevenly absorbed in the absence of the quarter-wave plate. It goes without saying that, if an optically active compound is added to the nematic liquid crystal, the thickness of the layer of the mixture will be less than the critical value as defined in US patent application No. 22199, at least in the area outside the display areas.
3 3
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
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65 65
623 661 623,661
4 4
Enfin, il convient de relever que l'on pourra prévoir, dans le présent dispositif, des zones d'affichage permanent, c'est-à-dire 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 zones of the same construction as the display zones but devoid of control electrodes. which, therefore, will remain constantly contrasted. Such areas could, for example, constitute a frame surrounding all of the display areas.
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 5 aires d'affichage, l'une réalisée suivant la présente disposition et l'autre telle que décrite par Nagasaki. Similarly, 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 this arrangement and the other as described by Nagasaki.
R R
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |