EP0238405B1 - Procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide ayant des réponses optiques différentes en champs alternatifs et continus - Google Patents

Procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide ayant des réponses optiques différentes en champs alternatifs et continus Download PDF

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EP0238405B1
EP0238405B1 EP87400567A EP87400567A EP0238405B1 EP 0238405 B1 EP0238405 B1 EP 0238405B1 EP 87400567 A EP87400567 A EP 87400567A EP 87400567 A EP87400567 A EP 87400567A EP 0238405 B1 EP0238405 B1 EP 0238405B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
potential
electrode
zone
potentials
liquid crystal
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP87400567A
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German (de)
English (en)
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EP0238405A1 (fr
Inventor
Jean-Frédéric Clerc
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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Publication of EP0238405A1 publication Critical patent/EP0238405A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3622—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix
    • G09G3/3629—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix using liquid crystals having memory effects, e.g. ferroelectric liquid crystals

Definitions

  • the present invention relates to a method for sequentially controlling a liquid crystal matrix display device having different optical responses in alternating and continuous electric fields. It finds an application in optoelectronics in the production of liquid crystal displays used as converters of electrical information into optical information, and for the binary display of complex images or alphanumeric characters.
  • the invention relates to the sequential control of a matrix display device comprising a display cell containing a ferroelectric liquid crystal and with negative dielectric anisotropy and having different optical responses for excitation signals alternative and continuous.
  • a matrix display device comprising a display cell containing a ferroelectric liquid crystal and with negative dielectric anisotropy and having different optical responses for excitation signals alternative and continuous.
  • this type of liquid crystal is the only one which exhibits different optical responses in alternating and continuous fields.
  • Such liquid crystals are generally obtained by mixing a ferroelectric chiral smectic C liquid crystal and a nematic, cholesteric or smectic A liquid crystal having a negative dielectric anisotropy.
  • FIG. 1 there is shown in longitudinal section a display cell containing such a liquid crystal.
  • This display cell 10 is formed of two transparent insulating walls 12 and 14 generally made of glass. These walls which are parallel to each other are made integral by their edges by means of a weld 13 serving as a seal.
  • the display cell 10 contains a mixture of liquid crystals 16 containing a ferroelectric chiral smectic C liquid crystal and a nematic liquid crystal with negative dielectric anisotropy.
  • a nematic liquid crystal with negative dielectric anisotropy is generally obtained by grafting an electronegative group, for example a halogen such as chlorine, to the core of the nematic liquid crystal.
  • the internal face of the wall 12 of the cell 10 is covered with m conductive strips 18 parallel to each other, playing the role of line electrodes.
  • the internal face of the wall 14 of the cell is covered with n conductive strips 20 parallel to each other, playing the role of column electrodes.
  • the Line electrodes and the column electrodes being crossed, each crossing defines an elementary zone of the liquid crystal from which the electrooptical property can be selectively excited; the different elementary display areas are distributed in matrix form.
  • These row and column electrodes 18 and 20 are connected to an electrical power source 8 making it possible to subject one or more zones of liquid crystal to an electric field.
  • FIG. 2 shows the structure of the molecules of the liquid crystal mixture 16.
  • the molecules 22 are those of the ferroelectric chiral smectic C liquid crystal and the molecules 24, those of the nematic liquid crystal with negative dielectric anisotropy.
  • the molecules 22 are of elongated shape, arranged in parallel layers 26.
  • the molecules 22 have the same orientation ⁇ in the same layer; the longitudinal axis of the molecules 22 of the same layer 26 is inclined at an angle ⁇ relative to the normal to the layers 26, denoted D.
  • Each molecule 22 has an electric dipole p perpendicular to the direction n ⁇ of the molecules 22 and parallel to layers 26. The molecular direction n ⁇ and the dipole p precede around the normal D, from one layer 26 to another.
  • the molecules 24 are also elongated. Their molecular orientation and their distribution in layers are imposed by those of the molecules 22. Consequently, the molecules 24 are parallel to the molecules 22 in the same layer. Each molecule 24 has an electric dipole i perpendicular to the molecular direction n ⁇ .
  • FIG. 3 there are shown the two possible orientations of the molecules of the mixture 16 of liquid crystals. Referring to this FIG. 3, we will explain the behavior of molecules 22 and 24 of mixture 16 in the presence of an electric field applied to it.
  • the two possible orientations A and B are defined with respect to the normal of the layers D. These two orientations A and B lie in a longitudinal plane ⁇ , parallel to the plane of the two walls 12 and 14 of the display cell. In the first orientation A, the molecules 22 and 24 are inclined at an angle + ⁇ relative to the direction D and the electric dipole P is oriented from bottom to top in FIG. 3.
  • the molecules 22 and 24 are inclined at an angle -e relative to the direction D and the electric dipole p is oriented from top to bottom in Figure 3.
  • the molecules 22 and 24 undergo a torque r s which tends to align the dipoles of the molecules with the alternating field E s .
  • the couple r s is a booster couple.
  • the previous orientation A or B of molecules 22 and 24 is preserved.
  • Dipole 1 acts as a stabilizer by aligning parallel to this field E s .
  • the object of the present invention is precisely a method of sequential control of a liquid crystal matrix display device requiring only four connections and control circuits for the display of any number of elementary display zones.
  • This process is based on the use of a liquid crystal, in particular ferroelectric and with negative dielectric anisotropy, having different optical responses for alternating and continuous excitation signals.
  • a ferroelectric liquid crystal with negative dielectric anisotropy As a liquid crystal with different optical responses for continuous and alternating excitation signals, a ferroelectric liquid crystal with negative dielectric anisotropy can be used.
  • the method of the invention makes it possible, thanks to the use of two electrodes, to reduce the number of connections and control circuits. This is mainly due to the use of a liquid crystal having different optical properties for continuous and alternating excitation signals.
  • This process makes it possible to control point by point the zone of liquid crystal useful for the display.
  • the second reference potential Vo ' is equal to the first reference potential Vo.
  • the alternating potentials V, and V 2 applied to the first electrode are advantageously in phase opposition.
  • the alternating potentials V 3 and V 4 applied to the second electrode are in opposition to phase.
  • the alternating potentials Vi and V 2 have a frequency fa and the alternating potentials V 3 and V 4 . have a frequency fb different and not multiple of fa.
  • the smaller the elementary areas the better the definition of the image formed on the entire cell.
  • V 1 , V 2 , V 3 , V4. are advantageously alternating potentials with zero mean values, V 1 , Vs, V 3 and V4 then representing the effective values of these potentials.
  • FIG. 4 there is shown a part of a display device to which the control method of the invention applies.
  • This device differs from those of the prior art, as shown in Figure 1, only by the use of two electrodes 18a and 20a.
  • the other constituent elements of the display cell have the same references below as those of FIG. 1.
  • the electrodes 18a and 20a cover, in a uniform manner respectively the major part of the transparent walls 12 and 14 of the display cell. display 10.
  • the electrodes 18a and 20a are obtained by depositing a continuous conductive strip having no pattern. They can be made of oxide. tin and indium, transparent material. The electrodes 18a and 20a are arranged opposite and perpendicular. The crossing zone 30 of these two electrodes delimits the useful zone for display. The electrodes 18a and 20a extend beyond the useful area 30 so that the sides of the electrodes 18a and 20a can be electrically connected to control circuits 40, well known to those skilled in the art, delivering continuous or alternating excitation signals.
  • control circuits 40 To connect these control circuits 40 to the electrodes 18a and 20a, there are on the first side 31 and the second side 32 of the electrode 18a, respectively, electrical contacts 41 and 42. Similarly, there are on the first side 33 and the second side 34 of the electrode 20a, respectively, of the electrical contacts 43 and 44.
  • the liquid crystal whose electrooptical property is to be excited for display by the method of the invention is presented as for the prior art, in the form of a film of 0.5 to 30 ⁇ m, inserted between the two electrodes 18a and 20a.
  • the liquid crystal is formed from a mixture containing a ferroelectric liquid crystal, such as hexyloxybenzylidene-p'-amino-2-chloropropylcinnamate and a liquid crystal with negative dielectric anisotropy, such as 4-etoxy-4'- hexyloxy-a-cyano-stylbene.
  • FIG. 5 shows a schematic view explaining how to obtain a straight line of ordinate Y parallel to the sides 31 and 32 of the electrode 18a.
  • the line Y is perpendicular to a line of abscissa X (FIG. 6) parallel to the sides 33 and 34 of the electrode 20a.
  • the crossing of the two lines X and Y defines an elementary display area XY in the same way as a line electrode and a column electrode of a matrix device with crossed bands described with reference to FIG. 1 did.
  • part 1 of FIG. 5 there is shown the straight line Y carried by the electrode 18a of the display cell 10.
  • V 2 and V 1 are such that V 2 -Vi is constant.
  • V 2 and V 1 are alternating potentials with zero mean values.
  • V 2 and V 1 are preferably in phase opposition for the simplicity of the control. But of course, one can apply, without departing from the scope of the invention, potentials Vi and V 2 in phase.
  • V 1 and V 2 have a frequency equal to fa which can vary from 25Hz to 100kHz.
  • V 2 and V 1 frame the reference potential Vo. The line of ordinate Y parallel to the sides 31 and 32 of the electrode 18a is thus subjected to the potential Vo.
  • the electrode 18a is subjected to a potential different from V o .
  • a straight line ⁇ 1 with ordinate Y 1 obtained by application of the potentials VIa and V 2a and a straight line A 2 with ordinate y 2 obtained by application of the potentials V 1b and V 2b , V 2a are shown - V 1a being equal to V 2b -V 1b .
  • FIG. 6 shows a schematic view explaining the command according to the invention of an elementary area XY, defined by the crossing of the straight line of ordinate Y, formed as above and of a straight line of abscissa X, similarly formed.
  • V 4 and V 3 are such that V 4 -V 3 is constant, for example equal to 20V.
  • V 4 and V 3 are alternative potentials with zero mean values.
  • V 4 and V 3 are preferably in phase opposition.
  • V 3 and V 4 have a different frequency fb and not multiple of fa which can range from 25Hz to 100 kHz.
  • V 3 and V 4 frame the reference potential V'o.
  • the abscissa line X parallel to the sides 33 and 34 of the electrode 20a is thus subjected to the potential V'o. Outside this straight line, the electrode 20a is subjected to a potential different from V'o.
  • V 4 and V 3 By varying the values of V 4 and V 3 , independently of those of V 1 and V 2 around V'o while respecting the condition V 4 -V 3 constant, we can move the line X brought to the reference potential V'o from one end to the other of the second electrode 20a.
  • a line ⁇ 1 of abscissa X 1 obtained by applying the potentials V 3a and V 4a and a line ⁇ 2 of abscissa X 2 obtained by applying the potentials V 3b and V has been shown.
  • 4b , V 4a -V 3a being equal to V 4b -V 3b .
  • the alternating field resulting from the four alternating potentials has a mean value zero. Outside this area, the resulting alternating field E s of the four alternative potentials has a nonzero mean value.
  • a zone X i Y 1 has been represented defined by the recovery of a straight line ⁇ 1 of ordinate Y 1 obtained by the application of the potentials Via and V 2a and of a straight line ⁇ 1 of abscissa X 1 obtained by the application of the potentials V 3a and V 4a and an area X 2 Y 2 defined in a similar manner by the overlap of a straight line ⁇ 2 of ordinate Y 2 obtained by the application of the potentials V 1b and V 2b and a line ⁇ 2 of abscissa X 2 obtained by the application of the potentials V 3b and V 4b .
  • a fifth direct potential V s is applied between 1 and 20V, on the two sides of one or the other of the electrodes 18a and 20a by the control circuits 40 connected to the corresponding electrical contacts of the electrode.
  • This potential V5 is such that the area XY is only subject to this continuous potential V s .
  • the liquid crystal sees only the potential continuous Vs since the resulting alternating field E s generated by the four alternative potentials has a zero mean value.
  • the liquid crystal sees at its terminals a difference in alternative potential resulting from the potentials V 1 , V 2 , V 3 , V 4 and Vs.
  • the displayed state of the XY zone (light on dark background) is obtained for a positive polarity of the fifth continuous potential V5 applied to the sides of one of the electrodes, for example the sides 31 and 32 of the electrode 18a, l the other electrode, for example 20a, is not subjected to any direct potential.
  • the not displayed (dark) state of the area XY is obtained when the polarity of the fifth potential V5 applied for example to the negative electrode 18a, the other electrode 20a not being subjected to any direct potential.
  • Maintaining the displayed or not displayed state of the XY zone is obtained by deleting the fifth potential V5 applied.
  • the other elementary zones remain in their displayed or not displayed optical state.
  • the resulting torque exerted on molecules 22 and 24 is the vector sum of the couples r s and r c .
  • the resulting torque is given by the equation: trusted, the resulting couple r which is exerted on the molecules 22 and 24 of the zone XY is a couple of recall.
  • the previous orientation A or B ( Figure 3) of molecules 22 and 24 is retained.
  • the displayed or not displayed optical state of the elementary display area XY is not modified, which corresponds to a storage of the image.
  • the resulting torque r which is exerted on the molecules 22 and 24 of the XY zone is a tilting torque according to the direction of the continuous field E c applied.
  • the molecules previously arranged according to the two orientations A or B (FIG. 3) orienting themselves in the same orientation A or B. This collective orientation is that for which the electric dipole P is oriented parallel to the fields E c and in the same sense as him.
  • optical state (displayed or not) of the elementary display area XY is modified, which corresponds to writing the image.
  • control method according to the invention can be implemented using the same control circuits as those used in the conventional point-to-point control methods of a liquid crystal matrix imager.
  • the liquid crystal may be formed from only one liquid crystal provided, however, that it exhibits different optical responses in continuous and alternating fields. Furthermore, one of the electrodes may be opaque, the display device then operating in reflection.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide ayant des réponses optiques différentes en champs électriques alternatifs et continus. Elle trouve une application en optoélectronique dans la réalisation d'afficheurs à cristaux liquides utilisés comme convertisseurs d'informations électriques en informations optiques, et pour l'affichage binaire d'images complexes ou de caractères alphanumériques.
  • Plus spécialement, l'invention se rapporte à la commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel comprenant une cellule d'affichage renfermant un cristal liquide ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative et présentant des réponses optiques différentes pour des signaux d'excitation alternatifs et continus. Ce type de cristal liquide est à ce jour le seul qui présente des réponses optiques différentes en champs alternatifs et continus.
  • De tels cristaux liquides sont généralement obtenus en mélangeant un cristal liquide smectique C chirale ferroélectrique et un cristal liquide nématique, cholestérique ou smectique A ayant une anisotropie diélectrique négative.
  • Sur la figure 1, on a représenté en coupe longitudinale une cellule d'affichage contenant un tel cristal liquide. Cette cellule d'affichage 10 est formée de deux parois isolantes transparentes 12 et 14 généralement en verre. Ces parois parallèles entre elles sont rendues solidaires par leurs bords au moyen d'une soudure 13 servant de joint d'étanchéité.
  • La cellule d'affichage 10 renferme un mélange de cristaux liquides 16 contenant un cristal liquide smectique C chirale ferro-électrique et un cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique négative. Un cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique négative est généralement obtenu en greffant au coeur des molécules du cristal liquide nématique un groupement électronégatif, par exemple un halogène tel que le chlore.
  • La face interne de la paroi 12 de la cellule 10 est recouverte de m bandes conductrices 18 parallèles entre elles, jouant le rôle d'électrodes lignes. De même, la face interne de la paroi 14 de la cellule est recouverte de n bandes conductrices 20 parallèles entre elles, jouant Le rôle d'électrodes colonnes. Les électrodes Lignes et les électrodes colonnes étant croisées, chaque croisement définit une zone élémentaire du cristal liquide dont on peut exciter sélectivement la propriété électrooptique ; les différentes zones élémentaires d'affichage sont réparties sous forme matricielle. Ces électrodes lignes et colonnes 18 et 20 sont reliées à une source d'alimentation électrique 8 permettant de soumettre une ou plusieurs zones de cristal liquide à un champ électrique.
  • On a représenté sur la figure 2 la structure des molécules du mélange de cristaux liquides 16. Les molécules 22 sont celles du cristal liquide smectique C chirale ferroélectrique et les molécules 24, celles du cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique négative.
  • Les molécules 22 sont de forme allongée, rangées suivant des couches parallèles 26. Les molécules 22 ont la même orientation À dans une même couche ; l'axe longitudinal des molécules 22 d'une même couche 26 est incliné d'un angle θ par rapport à la normale aux couches 26, notée D. Chaque molécule 22 présente un dipole électrique p perpendiculaire à la direction n̂ des molécules 22 et parallèle aux couches 26. La direction moléculaire n̂ et le dipole p précessent autour de la normale D, d'une couche 26 à l'autre.
  • Les molécules 24 sont aussi de forme allongée. Leur orientation moléculaire et leur répartition en couches sont imposées par celles des molécules 22. En conséquence, les molécules 24 sont parallèles aux molécules 22 dans une même couche. Chaque molécule 24 présente un dipole électrique i perpendiculaire à la direction moléculaire n̂.
  • Sur la figure 3, on a représenté les deux orientations possibles des molécules du mélange 16 de cristaux liquides. En se référant à cette figure 3, on va expliquer le comportement des molécules 22 et 24 du mélange 16 en présence d'un champ électrique appliqué à celui-ci.
  • Les deux orientations possibles A et B sont définies par rapport à la normale des couches D. Ces deux orientations A et B se trouvent dans un plan longitudinal π, parallèle au plan des deux parois 12 et 14 de la cellule d'affichage. Dans la première orientation A, les molécules 22 et 24 sont inclinées d'un angle + θ par rapport à la direction D et le dipole électrique P est orienté de bas en haut sur la figure 3.
  • Dans la seconde orientation B, les molécules 22 et 24 sont inclinées d'un angle -e par rapport à la direction D et le dipole électrique p est orienté de haut en bas sur la figure 3.
  • Lorsque l'on crée un champ électrique alternatif E s entre les électrodes 18 et 20 de la cellule d'affichage 10 renfermant le mélange 16, les molécules 22 et 24 subissent un couple r s qui tend à aligner les dipôles des molécules avec le champ alternatif E s. Le couple r s est un couple de rappel. L'orientation A ou B préalable des molécules 22 et 24 est conservée. Le dipole 1 joue le rôle de stabilisateur en s'alignant parallèlement à ce champs E s.
  • Lorsqu'on crée un champ magnétique continu Ec entre les électrodes 18 et 20 de la cellule d'affichage 10 renfermant le cristal liquide 16, les dipôles des molécules 22 et 24 subissent un couple r c qui tend à aligner les molécules 22 et 24 avec le champ continu Éc. Ce couple r c est un couple de basculement. Les molécules 22 et 24 prélablement arrangées indifféremment selon les orientations A ou B, s'orientent selon une même orientation A ou B. L'orientation obtenue est celle pour laquelle le dipole électrique p s'oriente parallèlement au champ Éc et dans le même sens que lui. Le dipole p joue donc le rôle de déstabilisateur.
  • On connaît plusieurs procédés de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel à cristaux liquides tels que décrits précédemment, utilisant des signaux d'excitation électriques alternatifs ou continus pour commander localement la propriété électrooptique desdits cristaux liquides.
  • Malheureusement ces procédés requièrent m + n connexions ou circuits de commande pour afficher une matrice de mxn zones élémentaires d'affichage définies par l'intersection de m électrodes lignes et de n électrodes colonnes.
  • Par ailleurs, l'utilisation d'un courant continu altère progressivement le cristal liquide.
  • La présente invention a justement pour objet un procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide ne requérant que quatre connexions et circuits de commande pour l'affichage d'un nombre quelconque de zones élémentaires d'affichage.
  • Ce procédé est basé sur l'utilisation d'un cristal liquide, notamment ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative, présentant des réponses optiques différentes pour des signaux d'excitation alternatifs et continus.
  • De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel comprenant un cristal liquide intercalé entre des premières et secondes électrodes ayant la forme de bandes conductrices continues, ce cristal présentant une propriété électrooptique, étant formé de zones élémentaires réparties en matrices dont on peut exciter sélectivement la propriété électrooptique en vue d'obtenir un état affiché ou un état non affiché, ledit cristal liquide présentant des réponses optiques différentes pour des signaux d'excitation alternatifs et continus, et des moyens pour délivrer sur les électrodes lesdits signaux d'excitation, caractérisé en ce que les électrodes étant au nombre de deux et présentant chacune un premier et un second côté parallèles entre eux, on commande la propriété électrooptique d'une zone élémentaire XY correspondant au recouvrement d'une droite d'ordonnée Y, parallèle au premier et second côtés de la première électrode et contenue dans la première électrode et d'une. droite d'abscisse X parallèle aux premier et second côtés de la seconde électrode et contenue dans la seconde électrode,
    • - en appliquant sur le premier côté de la première électrode un premier potentiel alternatif V, superposé à un premier potentiel de référence Vo et sur le second côté de la première électrode un second potentiel alternatif V2 superposé au potentiel Vo avec V2-V, constant afin que la droite d'ordonnée Y soit soumise au potentiel Vo et qu'en dehors de cette droite, la première électrode soit soumise à un potentiel différent de Vo,
    • - en appliquant sur le premier côté de la seconde électrode un troisième potentiel alternatif V3 superposé à un second potentiel de référence V'o et sur le second côté de la seconde électrode un quatrième potentiel alternatif V" superposé au potentiel V'o, avec V4-V3 constant, afin que la droite d'abscisse X soit soumise au potentiel V'o, et qu'en dehors de cette droite, la seconde électrode soit soumise à un potentiel différent de V'o, et
    • - en appliquant un cinquième potentiel continu V5 aux deux côtés de l'une des électrodes, ce potentiel étant tel que la zone YX n'est soumise qu'à ce potentiel continu Vs, et que en dehors de la zone XY le cristal liquide est soumis à une différence de potentiel alternative,
      l'état affiché de la zone XY étant obtenu, par une polarité positive du cinquième potentiel Vs, l'état non affiché de la zone XY étant obtenu par une polarité négative du cinquième potentiel V5 et le maintien de l'état affiché ou non affiché de la zone XY étant obtenu en supprimant le cinquième potentiel.
  • Comme cristal liquide ayant des réponses optiques différentes pour des signaux d'excitation continus et alternatifs, on peut utiliser un cristal liquide ferro-électrique à anisotropie diélectrique négative.
  • Le procédé de l'invention permet, grâce à l'utilisation de deux électrodes, de diminuer le nombre de connexions et de circuits de commande. Ceci est principalement dû à l'emploi d'un cristal liquide présentant des propriétés optiques différentes pour des signaux d'excitation continus et alternatifs.
  • Ce procédé permet de commander point par point la zone de cristal liquide utile à l'affichage.
  • Selon un mode de mise en oeuvre particulier, le second potentiel de référence Vo' est égal au premier potentiel de référence Vo.
  • Afin de simplifier la commande, les potentiels alternatifs V, et V2 appliqués à la première électrode sont avantageusement en opposition de phase. De même, les potentiels alternatifs V3 et V4 appliqués à la seconde électrode sont en opposition de phase.
  • Afin que les zones élémentaires d'affichage soient les plus petites possibles, de préférence les potentiels alternatifs Vi et V2 ont une fréquence fa et les potentiels alternatifs V3 et V4. ont une fréquence fb différente et non multiple de fa. En effet, plus les zones élémentaires sont petites, plus la définition de l'image formée sur l'ensemble de la cellule est meilleure.
  • Afin de simplifier le procédé de commande, V1, V2, V3, V4. sont avantageusement des potentiels alternatifs à valeurs moyennes nulles, V1, Vs, V3 et V4 représentant alors les valeurs efficaces de ces potentiels.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif mais non limitatif.
  • La description se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
    • - la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement, en coupe longitudinale, un dispositif d'affichage à cristal liquide conformément à l'art antérieur,
    • - la figure 2, déjà décrite, représente schématiquement la structure des molécules d'un mélange de cristaux liquides ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative,
    • - la figure 3, déjà décrite, représente schématiquement les deux orientations possibles des molécules d'un mélange de cristaux liquides ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative suivant la nature et la polarité du champ électrique qui lui est appliqué,
    • - la figure 4 représente une partie d'un dispositif d'affichage commandé selon l'invention, montrant la disposition des électrodes,
    • - la figure 5 est une vue schématique expliquant l'obtention de la droite d'ordonnée Y servant à l'affichage selon l'invention d'une zone élémentaire XY,
    • - la figure 6 est une vue schématique expliquant la commande selon l'invention d'une zone élémentaire XY.
  • Sur la figure 4, on a représenté une partie d'un dispositif d'affichage auquel s'applique le procédé de commande de l'invention. Ce dispositif ne se différencie de ceux de l'art antérieur, tels que représentés sur la figure 1, que par l'utilisation de deux électrodes 18a et 20a. Les autres éléments constitutifs de la cellule d'affichage portent ci-après, les mêmes références que celles de la figure 1. Les électrodes 18a et 20a recouvrent, de façon uniforme respectivement la majeure partie des parois transparentes 12 et 14 de la cellule d'affichage 10.
  • Les électrodes 18a et 20a sont obtenues par dépôt d'une bande conductrice continue ne comportant pas de motif. Elles peuvent être réalisées en oxyde. d'étain et d'indium, matériau transparent. Les électrodes 18a et 20a sont disposées en regard et perpendiculaires. La zone de croisement 30 de ces deux électrodes, délimite la zone utile à l'affichage. Les électrodes 18a et 20a s'étendent au-delà de la zone utile 30 de telle sorte que l'on puisse relier électriquement les côtés des électrodes 18a et 20a à des circuits de commande 40, bien connus de l'homme du métier, délivrant des signaux d'excitation continus ou alternatifs.
  • Pour connecter ces circuits de commande 40 aux électrodes 18a et 20a, on dispose sur le premier côté 31 et le second côté 32 de l'électrode 18a, respectivement, des contacts électriques 41 et 42. De même, on dispose sur le premier côté 33 et le second côté 34 de l'électrode 20a, respectivement, des contacts électriques 43 et 44.
  • Le cristal liquide dont on veut exciter la propriété électrooptique en vue d'un affichage par le procédé de l'invention se présente comme pour l'art antérieur, sous la forme d'un film de 0,5 à 30 µm, intercalé entre les deux électrodes 18a et 20a. Le cristal liquide est formé d'un mélange contenant un cristal liquide ferro-électrique, tel que l'hexygloxybenzylidène-p'-amino-2-chloropropylcinnamate et un cristal liquide à anisotropie diélectrique négative, tel que le 4-étoxy-4'-hexyloxy-a-cyano-stylbène.
  • On va maintenant décrire le procédé de commande séquentielle selon l'invention utilisant la structure d'électrode décrite ci-dessus, en référence aux figures 5 et 6.
  • Sur la figure 5, on a représenté une vue schématique expliquant l'obtention d'une droite d'ordonnée Y parallèle aux côtés 31 et 32 de l'électrode 18a. La droite Y est perpendiculaire à une droite d'abscisse X (figure 6) parallèle aux côtés 33 et 34 de l'électrode 20a.
  • Le croisement des deux droites X et Y définit une zone élémentaire XY d'affichage de la même façon que le faisait une électrode ligne et une électrode colonne d'un dispositif matriciel à bandes croisées décrit en référence à la figure 1.
  • Sur la partie 1 de la figure 5, on a représenté la droite Y portée par l'électrode 18a de la cellule d'affichage 10.
  • Sur la partie Il de cette figure, on a représenté les potentiels servant à la formation de la droite Y sur un repère orthonormé ayant pour ordonnée Y et pour abscisse V(Y).
  • Pour commander la droite d'ordonnée Y, on applique tout d'abord, par l'intermédiaire du circuit de commande 40 connecté au contact électrique 41 placé sur le côté 31 de l'électrode 18a, un premier potentiel alternatif V, superposé à un potentiel continu de référence Vo. Ensuite, on applique par l'intermédiaire du circuit de commande 40 connecté au contact électrique 42 placé sur le côté 32 de l'électrode 18a, un second potentiel alternatif V2 superposé au potentiel continu V0 .
  • V2 et V1 sont tels que V2-Vi est constant.
  • V2 et V1 sont des potentiels alternatifs à valeurs moyennes nulles. V2 et V1 sont de préférence en opposition de phase pour la simplicité de la commande. Mais bien entendu, on peut appliquer, sans sortir du cadre de l'invention, des potentiels Vi et V2 en phase. V1 et V2 ont une fréquence égale à fa pouvant varier de 25Hz à 100kHz.Comme on peut le voir sur la partie II de la figure 5, V2 et V1 encadrent le potentiel de référence Vo. La droite d'ordonnée Y parallèle aux côtés 31 et 32 de l'électrode 18a est ainsi soumise au potentiel Vo.
  • En dehors de cette droite, l'électrode 18a est soumise à un potentiel différent de Vo.
  • En faisant varier les valeurs de V2 et de V1 autour de Vo tout en respectant la condition V2-Vi constant, on peut déplacer la droite Y portée au potentiel de référence Vo d'un côté l'autre de la première électrode 18a. Ceci permet de définir les différentes zones élémentaires d'affichage, réparties en matrices de la même façon que le faisaient des électrodes lignes et des électrodes colonnes de l'art antérieur.
  • Dans le cas illustré, on a représenté une droite Δ 1 d'ordonnée Y1 obtenue par application des potentiels VIa et V2a et une droite A 2 d'ordonnée y2 obtenue par application des potentiels V1b et V2b, V2a-V1a étant égale à V2b-V1b.
  • Sur la figure 6, on a représenté une vue schématique expliquant la commande selon l'invention d'une zone élémentaire XY, définie par le croisement de la droite d'ordonnée Y, formée comme ci-dessus et d'une droite d'abscisse X, formée de façon similaire.
  • Sur la partie I de la figure 6, on a représenté les électrodes 18a et 20a qui sont croisées et disposées en regard.
  • Sur la partie Il de cette figure, on a représenté comme décrit en référence à la partie Il de la figure 5, les potentiels V2 et V1 permettant de soumettre la droite Y au potentiel Vo.
  • Sur la partie III de la figure 6, on a représenté les potentiels servant à la formation de la droite X sur un repère orthonormé ayant pour ordonnée V-(X) et pour abscisse (X).
  • Pour commander la droite d'abscisse X parallèle aux côtés 33 et 34 de l'électrode 20, on applique tout d'abord, par l'intermédiaire du circuit de commande 40 connecté au contact électrique 43 placé sur le côté 33 de l'électrode 20a, un troisième potentiel alternatif V3 superposé à un potentiel de référence V'o, qui peut être identique ou différent de Vo et par exemple égal à 0.
  • Ensuite, on applique par l'intermédiaire du circuit de commande 40 connecté au contact électrique 44 sur le côté 34 de l'électrode 20a, un quatrième potentiel alternatif V4 superposé à V'o. V4 et V3 sont tels que V4-V3 est constant par exemple égal à 20V. V4 et V3 sont des potentiels alternatifs à valeurs moyennes nulles.
  • V4 et V3 sont de préférence en opposition de phase. V3 et V4 ont une fréquence fb différente et non multiple de fa pouvant aller de 25Hz à 100 kHz.
  • Comme on peut le voir sur la partie III de la figure 6, V3 et V4 encadrent le potentiel de référence V'o. La droite d'abscisses X parallèle aux côtés 33 et 34 de l'électrode 20a est ainsi soumise au potentiel V'o. En dehors de cette droite, l'électrode 20a est soumise à un potentiel différent de V'o.
  • En faisant varier les valeurs de V4 et de V3 , indépendamment de celles de V1 et V2 autour de V'o tout en respectant la condition V4-V3 constant, on peut déplacer la droite X portée au potentiel de référence V'o d'un extrémité à l'autre de la seconde électrode 20a. Dans le cas illustré, on a représenté une droite δ 1 d'abscisse X1 obtenu par l'application des potentiels V3a et V4a et une droite δ 2 d'abscisse X2 obtenue par l'application des potentiels V3b et V 4b, V4a-V3a étant égale à V4b-V3b.
  • Pour V1 , V2, V3 et V4 donnés, il existe donc une zone élémentaire XY, telle que le cristal liquide ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative, voit à ses bornes le potentiel de référence Vo sur l'électrode 18a et le potentiel de référence V'o sur l'électrode 20a.
  • A la zone XY du cristal liquide lorsque Vo =V'o, le champ alternatif résultant des quatre potentiels alternatifs a une valeur moyenne nulle. En dehors de cette zone, le champ alternatif résultant E s des quatre potentiels alternatifs a une valeur moyenne non nulle. Dans le cas illustré, on a représenté une zone Xi Y1 définie par le recouvrement d'une droite Δ1 d'ordonnée Y1 obtenue par l'application des potentiels Via et V2a et d'une droite δ1 d'abscisse X1 obtenue par l'application des potentiels V3a et V4a et une zone X2Y2 définie de façon similaire par le recouvrement d'une droite Δ2 d'ordonnée Y2 obtenue par l'application des potentiels V1b et V2b et d'une droite δ2 d'abscisse X2 obtenue par l'application des potentiels V3b et V4b.
  • Pour commander la propriété électrooptique de la zone élémentaire XY défini ci-dessus, on applique un cinquième potentiel continu Vs compris entre 1 et 20V,sur les deux côtés de l'une ou de l'autre des électrodes 18a et 20a par l'intermédiaire des circuits de commande 40 connectés aux contacts électriques correspondants de l'électrode. Ce potentiel V5 est tel que la zone XY n'est soumise qu'à ce potentiel continu Vs. Autrement dit, à la zone XY, le cristal liquide ne voit que le potentiel continu Vs puisque le champ alternatif résultant E s engendré par les quatre potentiels alternatifs a une valeur moyenne nulle. En revanche, en dehors de la zone XY, le cristal liquide voit à ses bornes une différence de potentiel alternative résultant des potentiels V1, V2, V3, V4 et Vs.
  • Pour un choix convenable de V5, on définit la finesse de la zone XY. De même, un champ alternatif résultant E s à la zone XY suffisamment élevé permet à celle-ci de ne pas s'étendre à toute la zone utile 30 à l'affichage.
  • L'état affiché de la zone XY (clair sur fond sombre) est obtenu pour une polarité positive du cinquième potentiel V5 continu appliqué sur les côtés de l'une des électrodes, par exemple les côtés 31 et 32 de l'électrode 18a, l'autre électrode, par exemple 20a n'étant soumise à aucun potentiel continu. L'état non affiché (sombre) de la zone XY est obtenu lorsque la polarité du cinquième potentiel V5 appliqué par exemple à l'électrode 18a négative, l'autre électrode 20a n'étant soumise à aucun potentiel continu.
  • Le maintien de l'état affiché ou non affiché de la zone XY est obtenu en supprimant le cinquième potentiel V5 appliqué.
  • Les autres zones élémentaires restent dans leur état optique affiché ou non affiché.
  • On va maintenant expliquer comment les différents potentiels V1, V2, Va, V4 et V5 jouent sur l'orientation des molécules 22 et 24 du mélange de cristaux liquides ferro-électrique et à anisotropie diélectrique négative. Sous l'action simultanée d'un champ continu E c dû au potentiel continu V5 et du champ alternatif E s résultant des potentiels alternatifs Vi, V2, V3 et V4 , les dipoles électriques i et p réciproquement des molécules 22 et 24 de la zone XY du mélange de cristaux liquides 16, subissent le couple r s qui tend à aligner les dipôles des molécules 22 et 24 avec le champ alternatif E s et le couple r c qui tend à aligner les dipôles des molécules 22 et 24 avec le champ continu E c.
  • En conséquence, le couple résultant qui s'exerce sur les molécules 22 et 24 est la somme vectorielle des couples r s et r c. Le couple r s est un couple de rappel ; il est proportionnel à la somme élevée au carré des champs continus et alternatifs, c'est-à-dire que r s = α( E s + E c)2,α étant un coefficient de proportionnalité. De même, le couple r c est un couple de basculement ; il est proportionnel au champ continu E c, soit r c = βE cβ étant un coefficient de proportionalité.
  • En conséquence, le couple résultant est donné par l'équation :
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    fiée, le couple résultant r qui s'exerce sur les molécules 22 et 24 de la zone XY est un couple de rappel. L'orientation A ou B (figure 3) préalable des molécules 22 et 24 est conservée. Ainsi, l'état optique affiché ou non affiché de la zone élémentaire XY d'affichage n'est pas modifié, ce qui correspond à une mémorisation de l'image.
  • En revanche, si l'inégalité α ( E c + E c)2<| βEc lest vérifiée, le couple résultant r qui s'exerce sur les molécules 22 et 24 de la zone XY est un couple de basculement selon le sens du champ continu E c appliqué. Les molécules préalablement arrangées selon les deux orientations A ou B (figure 3) s'orientant selon une même orientation A ou B. Cette orientation collective est celle pour laquelle le dipole électrique P s'oriente parallèlement au champs E c et dans le même sens que lui.
  • Ainsi l'état optique (affiché ou non) de la zone élémentaire XY d'affichage est modifié, ce qui correspond à une écriture de l'image.
  • Le procédé de commande selon l'invention peut être mis en oeuvre en utilisant les mêmes circuits de commande que ceux utilisés dans les procédés classiques de commande points par points d'un imageur matriciel à cristal liquide.
  • Le cristal liquide peut n'être formé que d'un seul cristal liquide à condition toutefois qu'il présente des réponses optiques différentes en champs continus et alternatifs. Par ailleurs, l'une des électrodes peut être opaque, le dispositif d'affichage fonctionnant alors en réflexion.

Claims (5)

1. Procédé de commande séquentielle d'un dispositif d'affichage matriciel comprenant un cristal liquide (16) intercalé entre des premières (18, 18a) et secondes électrodes (20, 20a) ayant la forme de bandes conductrices continues, ce cristal (16) présentant une propriété électrooptique, étant formé de zones élémentaires réparties en matrices dont on peut exciter sélectivement la propriété électrooptique en vue d'obtenir un état affiché ou un état non affiché, ledit cristal liquide (16) présentant des réponses optiques différentes pour des signaux d'excitation alternatifs et continus, et des moyens (40) pour délivrer sur les électrodes lesdits signaux d'excitation ; caractérisé en ce que, les électrodes (18a, 20a) étant au nombre de deux et présentant chacune un premier et un second côté parallèles entre eux, on commande la propriété électrooptique d'une zone élémentaire XY correspondant au recouvrement d'une droite d'ordonnée Y, parallèle aux premier (31) et second (32) côtés de la première électrode (18a) et contenue dans la première électrode (18a) et d'une droite d'abscisse X parallèle aux premier (33) et second (34) côtés de la seconde électrode (2a) et contenue dans la seconde électrode (20a),
- en appliquant sur le premier côté (31) de la première électrode (18a) un premier potentiel alternatif Vi superposé à un premier potentiel de référence Vo et sur le second côté (32) de la première électrode (18a) un second potentiel alternatif V2 superposé au potentiel Vo avec V2-V1 constant afin que la droite d'ordonnée Y soit soumise au potentiel Vo et qu'en dehors de cette droite, la première électrode (18a) soit soumise à un potentiel différent de Vo,
- en appliquant sur le premier côté (33) de la seconde électrode (20a) un troisième potentiel alternatif V3 superposé à un second potentiel de référence V'o et sur le second côté (34) de la seconde électrode (20a), un quatrième potentiel alternatif V4 superposé au potentiel V'o, avec V4-V3 constant, afin que la droite d'abscisse X soit soumise au potentiel V'o, et qu'en dehors de cette droite, la seconde électrode (20a) soit soumise à un potentiel différent de V'o, et
- en appliquant un cinquième potentiel continu V5 aux deux côtés de l'une des électrodes (18a, 20a), ce potentiel étant tel que la zone XY n'est soumise qu'à ce potentiel continu Vs, et que en dehors de la zone XY le cristal liquide est soumis à une différence de potentiel alternative, l'état affiché de la zone XY étant obtenu par une polarité positive du cinquième potentiel Vs, l'état non affiché de la zone XY étant obtenu par une polarité négative du cinquième potentiel V5 et le maintien de l'état affiché ou non affiché de la zone XY étant obtenu en supprimant le cinquième potentiel appliqué.
2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second potentiel de référence V'o est égal au premier potentiel de référence Vo.
3. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les potentiels alternatifs Vi et V2 sont en opposition de phase et en ce que les potentiels alternatifs V3 et V4 sont aussi en opposition de phase.
4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les potentiels alternatifs Vi et V2 ont une fréquence fa et en ce que les potentiels alternatifs V3 et V4 ont une fréquence fb différente et non multiple de fa.
5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que V1 , V2, V3 et V4 sont des potentiels alternatifs à valeurs moyennes nulles.
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