CH629001A5

CH629001A5 - Cellule d'affichage electro-optique passif.

Info

Publication number: CH629001A5
Application number: CH127278A
Authority: CH
Inventors: Fereydoun Gharadjedaghi
Original assignee: Ebauches Sa
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1978-02-06
Publication date: 1982-03-31
Also published as: US4281903A; DE2826440A1; DE2826440C2; GB2017327A; FR2416519A1; HK8483A; FR2416519B1; GB2017327B

Description

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REVENDICATIONS le pas de l'hélice ait une valeur de 0,7 à 10 fois celle de l'épais-

1. Cellule d'affichage électro-optique passif comprenant seur de la cellule.

deux plaques sensiblement parallèles l'une à l'autre, un cadre Pour des raisons découvertes par la demanderesse, une cel-

formant une enceinte étanche avec lesdites plaques, des élec- Iule de ce type n'est pas satisfaisante, principalement en ce qui trodes de commande disposées sur les faces intérieures desdites 5 concerne le contraste, pour toutes les valeurs de la plage de plaques, un composant actif disposé dans ladite enceinte et com- concentration indiquée.

portant un mélange de cristal liquide nématique à anisotropie Le but de la présente invention est d'améliorer les perfor-

diélectrique négative, de molécules dichroïques et d'un composé mances d'une telle cellule et, plus particulièrement, de lui don-chiralique apte à donner une structure en hélice audit compo- ner le meilleur contraste possible.

sant, et une couche de matière d'alignement homéotrope des 10 A cet effet, la cellule d'affichage selon l'invention qui com-molécules du composant actif recouvrant lesdites faces inté- porte un mélange de cristal liquide nématique à anisotropie di-

rieures et lesdites électrodes, caractérisée par le fait que la con- électrique négative, de molécules dichroïques et d'un composé centration dudit composé chiralique est telle que le pas de l'hé- chiralique, est caractérisée par le fait que la concentration dudit lice soit sensiblement égal ou légèrement supérieur à la distance composé chiralique est telle que le pas de l'hélice soit sensible-entre les plaques. îs ment égal ou légèrement supérieur à la distance entre les pla-

2. Cellule d'affichage suivant la revendication 1, caractérisée ques.

par le fait que le cristal liquide nématique est de la méthoxy Ceci permet, d'une part, d'éviter que le mélange ne prenne benzylidène butyl aniline. spontanément (c'est-à-dire en l'absence de champ) une struc-

3. Cellule d'affichage suivant la revendication 1, caractérisée ture en hélice, l'absence d'une structure homéotrope spontanée par le fait que ledit composé chiralique est du cholestéryl oléyl 20 empêchant un fonctionnement correct de la cellule, même si le carbonate. pas P n'est que légèrement inférieur à la distance d comme c'est

4. Cellule d'affichage électro-optique suivant la revendica- le cas, notamment, dans la cellule connue décrite ci-dessus lors-tion 1, caractérisée par le fait que la concentration dudit com- que le pas est de 0,7 ou de 0,8 d et, d'autre part, de réaliser une posé chiralique est telle que le pas de ladite hélice ait la plus cellule possédant un excellent contraste contrairement à une faible valeur possible compatible avec la formation spontanée 2s cellule à une structure en hélice à grand pas. En effet, lorsque le d'une structure homéotrope en l'absence d'un champ électrique, pas de l'hélice devient trop important, c'est-à-dire pour fixer les idées, lorsqu'il dépasse le triple de la distance d, l'axe d'absorp-

tion des molécules du mélange est relativement peu modifié par rapport au cas d'une structure homéotrope, de sorte que ce La présente invention a pour objet une cellule d'affichage 30 mélange possède des qualités optiques d'absorption médiocres électro-optique passif comprenant un composant actif empri- et que, par conséquent, le contraste en sombre sur fond clair est sonné entre deux plaques séparées par un cadre auquel lesdites insuffisant pour permettre une bonne lecture de la cellule, plaques sont assemblées de façon étanche, les faces intérieures Afin de concilier un fontionnement correct de la cellule et desdites plaques portant des électrodes de commande et étant un contraste optimal, il est avantageux de choisir une concentra-recouvertes d'une couche de matière d'alignement des molé- 35 tion en composé chiralique telle que le pas de l'hélice ait la plus cules du composant actif. faible valeur possible compatible avec la formation spontanée

De telles cellules sont connues en soi. Une solution pour d'une structure homéotrope du mélange en l'absence de champ l'obtention de leur constituant actif consiste à mélanger des mo- électrique.

lécules dichroïques à un cristal liquide nématique à anisotropie Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécu-

diélectrique positive. Ces cellules sont faciles à réaliser et ne 4<> tion de l'objet de l'invention.

demandent pas nécessairement de polariseurs, comme c'est le La fig. 1 est une coupe schématique d'une patie d'une cellule cas généralement pour les cellules d'affichage à cristal liquide d'affichage électro-optique passif, et nématique en hélice. Malheureusement, de telles cellules affi- la fig. 2 est une vue en perspective d'un détail à plus grande chent en clair (dans les zones activées) sur un fond dont la échelle.

couleur est le complément de celle correspondant à la/les Ion- 45 La cellule d'affichage électro-optique passif représentée gueur(s) d'onde absorbée(s) par les molécules dichroïques. comprend une plaque antérieure 1, en verre, séparée d'une pla que postérieure 2, en céramique ou en verre, par un cadre 3, Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser l'assemblage entre ces trois éléments étant étanche. Les faces de des cristaux liquides nématiques à anisotropie diélectrique néga- ces deux plaques 1 et 2 tournées l'une vers l'autre portent des tive, dont les molécules sont orientées de manière homéotrope, so électrodes de commande 4 et 5, respectivement, et sont en outre c'est-à-dire perpendiculairement aux plaques, en l'absence de revêtues chacune d'une couche de matière d'alignement homéo-champ, mais, au contraire, parallèlement aux plaques lorsqu'un trope 6 constituée par exemple par du fluorure de magnésium champ électrique leur est appliqué. De telles cellules nécessitent (MgF2) ou d'une couche quasi monomoléculaire de lécithine. Il des champs élevés du fait que, pour l'instant, il n'existe pas de est rappelé qu'une couche ou film d'alignement est apte à orien-cristaux liquides nématiques à anisotropie diélectrique négative 55 ter les molécules d'un cristal liquide lorsque ce dernier est placé dont le coefficient I Ael soit supérieur à 7, alors que, pour les sur ladite couche. Une telle couche peut être réalisé soit en cristaux liquides à anisotropie diélectrique positive, As peut appliquant le matériau alignant avant le remplissage de la cel-

atteindre une valeur typique de 25. De plus, on constate que, Iule, soit en mélangeant au composant actif un agent tensio-sans polariseur, le contraste est en général insuffisant. actif, adsorbé sur les plaques, qui assure ainsi l'alignement des

Il est connu, notamment par la demande de brevet allemand 60 molécules du composant actif.

(DOS) No. 26 58 568, d'utiliser comme composant actif un mé- Un composant actif 7 est emprisonné entre les deux plaques lange de cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique né- 1 et 2, à l'intérieur du cadre 3. Ce composant actif est formé gative, de molécules dichroïques et d'un composé chiralique d'un mélange de cristal liquide nématique à anisotropie diélec-grâce auquel le mélange prend une structure en hélice lors de trique négative, de molécules dichroïques et d'un composé chi-l'application d'un champ électrique. Une telle cellule affiche en 65 ralique apte à conférer une structure en hélice au composant sombre sur fond clair. Dans le double but d'augmenter la vitesse actif. La concentration de ce composé chiralique est telle que le de commutation de la cellule et d'améliorer son contraste, la pas de l'hélice ne soit pas sensiblement inférieur à la distance concentration du composé chiralique est choisie de manière que séparant les deux plaques, de manière à garantir une structure

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homéotrope en l'absence de champ électrique appliqué à la cellule. De préférence, cette teneur est telle que le pas P soit sensiblement égal ou légèrement supérieur à d. Pour fixer les idées, le pas P est tel que:

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0,9d=SP<3d.

On rappellera ici que la concentration en poids c du composé chiralique est liée au pas P de l'hélice par l'expression 1/P = k.c, k étant une constance caractérisant le composé chira- io lique.

Cette étroite plage définit les conditions optimales de fonctionnement de la cellule, pour lesquelles le pas de l'hélice, a la valeur la plus faible possible, compatible avec la présence d'une structure en hélice uniquement sous l'effet du champ électrique. 15 Le pas de l'hélice étant très faible, l'absorption de la lumière est très forte et, de ce fait, le contraste est excellent.

On pourra utiliser, pour la réalisation du composant actif 7, un mélange comprenant 1,75% en poids de cholestéryl oléyl carbonate (COC) comme composé chiralique, 1 % en poids de 20 molécules dichroïques, par exemple les molécules dichroïques D3 de la firme BDH (Grande-Bretagne), le reste, soit 97,25 % en poids, étant du cristal liquide nématique, dans cet exemple, le cristal liquide MBB A (métoxyl benzylidène butyl aniline). La constante k pour le composé chiralique COC étant de 0,055, le 25 pas de l'hélice obtenue sous l'effet d'un champ est de 10,4 (x.

Un tel mélange est utilisé dans une cellule dont les deux plaques sont distantes de 8,6 (x. Pour une cellule dont les plaques sont distantes de 15 n, la teneur en composé COC sera avantageusement de 1,15%, ce qui correspond à un pas de 15,75 (i. Ain- 30 si, pour ces deux exemples, le pas de l'hélice est respectivement égal à l,2det l,05d.

L'expérience montre que, si la cellule est réalisée comme indiqué ci-dessus, elle peut fonctionner avec une tension de commande de 3 Veft alors que, pour une cellule fonctionnant 35 avec le même cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique négative (MBBA), associé à des molécules dichroïques,

mais sans composé chiralique, telle que brièvement décrite ci-dessus dans l'exposé de l'état de la technique, la tension de commande doit être de l'ordre de 6 V.ff. ■">

Le fonctionnement de la cellule décrite et représentée est le suivant:

En l'absence de champ électrique, la couche d'alignement 6 pour effet d'aligner les molécules perpendiculairement aux plaques de la cellule, comme indiqué en 7a sur la fig. 1. Les molécules dichroïques, qui s'intègrent dans cette structure homéotrope, ont alors leur axe d'absorption de la lumière perpendiculaire aux plaques. Les zones de la cellule non soumises au champ sont, de ce fait, transparentes.

Lorsqu'on établit entre les électrodes 4 et 5 un champ électrique alternatif dont la fréquence est comprise entre 50 et 1000 Hz, les molécules proches des plaques (molécules 7b') restent alignées perpendiculairement à celles-ci mais les autres molécules (molécules 7b) prennent une structure en hélice dont l'axe a tend à s'aligner perpendiculairement aux plaques (fig. 2). Le pas de l'hélice est, comme indiqué précédemment, sensiblement égal ou légèrement supérieur à la distance entre les plaques. Les molécules dichroïques, intégrées dans la structure en hélice, n'ont plus alors leur axe d'absorption de la lumière perpendiculaire aux plaques. Ainsi, les-zones soumises au champ apparaissent de la couleur complémentaire à la/les longueur(s) d'onde absorbée(s) par les molécules dichroïques. Le pas de l'hélice ayant la plus faible valeur possible, l'absorption de la lumière est très forte et donc le contraste, en sombre sur fond clair, est excellent. Ce contraste est encore amélioré par le fait qu'une structure en hélice permet d'atténuer les deux composantes de l'onde électromagnétique de la lumière non polarisée, les molécules dichroïques étant alignées dans la structure en hélice.

Il est connu que certains cristaux liquides nématiques, tel le ZLI518 de la maison MERCK (Allemagne), présentent une anisotropie diélectrique positive pour de basses fréquences (dans ce cas inférieures à 10 kHz à la température ambiante), alors qu'à plus haute fréquence, ils présentent une anisotropie diélectrique négative. Il va de soi que de tels composés peuvent aussi être utilisés dans la cellule selon l'invention, la commande du passage de l'état homéotrope à l'état en hélice se faisant par un champ haute fréquence alors que l'effacement peut être favorisé par l'application d'un champ basse fréquence.

1 feuille dessins