FR2543335A3 - Dispositif d'affichage a cristaux liquides multiples, ainsi que procede d'optimisation du contraste de cellules de cristaux liquides a effet de champ - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES A PLUSIEURS COULEURS 2, EN PARTICULIER POUR TABLEAUX DE BORD DE VEHICULES, COMPRENANT PLUSIEURS FEUILLES COLOREES 7 DE COULEURS DIFFERENTES, ASSOCIEES DANS L'ESPACE AUX DIVERSES ZONES D'INFORMATION 3 DE L'AFFICHAGE ET DECALEES LES UNES PAR RAPPORT AUX AUTRES, ENTRE UNE CELLULE A CRISTAUX LIQUIDES 1 ET UN DISPOSITIF D'ECLAIRAGE A GRANDE SURFACE 8, CARACTERISE EN CE QU'UN TRANSFLECTEUR 6 EST DISPOSE ENTRE LES FEUILLES COLOREES 7 ET LA CELLULE A CRISTAUX LIQUIDES 1 ET EN CE QUE LE TRANSFLECTEUR 6 COMPREND DES ZONES DE COULEURS DIFFERENTES 16.X ASSOCIEES DANS L'ESPACE A DES FEUILLES COLOREES DETERMINEES 7.X.
Description
Dispositif d'affichage à cristaux liquides multiples, ainsi que procédé
d'optimisation du contraste de cellules de cristaux liquides
à effet de champ.
L'invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides à plusieurs couleurs, en particulier pour tableaux de bord de véhicules, comprenant plusieurs feuilles colorées de couleurs différentes associées dans l'espace aux diverses zones d'information de l'affichage et décalées les unes par rapport aux autres, entre une cellule à cristaux liquides et un dispositif d'éclairage à grande surface L'invention concerne également un procédé pour optimiser le contraste de cellules à cristaux liquides à effet de champ excitables et transmissives, en particulier pour un affichage à contraste négatif, prévu en particulier pour des cellules à cristaux liquides de grande surface destinées à des tableaux de bord de véhicules, dans lequel le matériau pour cristaux liquides à indice de réfraction anisotropique est retenu entre des plaques transparentes dont les surfaces qui sont tournées l'une vers 19 autre sont recouvertes d'électrodes représentant des symboles d'information et dont celles qui sont à l'opposé l'une de l'autre sont recouvertes de filtres polarisateurs (polarîsateur et analyseur). L'invention concerne en particulier des cellules de cristaux liquides TN de grande surface à visualisation contrastée négative en fonctionnement transmissif (c'est-à- dire par transparence) même par un fort éclairement de l'environnement, et comprenant des zones d'information de surfaces différentes et de couleurs différentes, quand
on les emploie en particulier dans des tableaux de bord de véhicules.
Un dispositif d'affichage de ce type est connu par la publication DE-A-
32 988 En tant qu'agencement à éclairage à grande surface, il comprend un guide de lumière prismatique soumis au rayonnement sur une surface latérale et équipé d'un réflecteur sur la surface de sortie opposée de la lumière Entre les cellules de cristaux liquides et la surface de sortie de lumière du noyau d'éclairage est prévu un masque à
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symboles comprenant dans la direction dans laquelle on regarde le dispositif d'affichage un filtre coloré disposé à l'arrière Le filtre coloré comprend des régions colorées différentes limitées les unes par rapport aux autres, qui sont associées à des symboles d'information positionnés de façons diverses et devant être représentés dans leur ensemble Le dispositif d'affichage fonctionne donc de façon purement transmissive, avec des couleurs pré-déterminées et fixes pour les symboles individuels pouvant être représentés, qui sont décalés les uns par rapport aux autres L'inconvénient de ce dispositif d'affichage déjà connu est sa complication sur le plan de la technique de sa fabrication, du point de vue de la réalisation et du montage du dispositif d'éclairage de profil prismatique et qui est critique sur le plan du couplage optique En outre, un inconvénient particulier est que chaque dispositif d'affichage ne fournit qu'un contraste modéré et en outre très différent en fonction de la couleur du symbole à afficher; le contraste c'est-à- dire la netteté de visualisation étant considérablement dégradé quand, dans les conditions d'utilisation pratiques d'un tel dispositif d'affichage, la lumière environnatte arrive dans la direction dans laquelle on regarde le dispositif d'affichage et quand la visibilité des symboles détermlhés par les cellules de cristaux liquides perd sa couleur ou même est complètement occultée par le rayonnement qu'ils reçoivent On ne peut s'y opposer que de façon limitée en augmentant l'intensité de l'éclairement transmissif provenant du dispositif d'éclairage du fait des pertes ayant lieu dans le conducteur de lumière de forme prismatique et du fait des pertes de chaleur par dissipation des sources lumineuses habituelles d'autant plus que ces dernières sont habituellement montées dans les bottiers des dispositifs d'affichage qui sont normalement de volume réduit et qu'elles ont en outre une influence négative sur le comportement en fonctionnement des cellules de cristaux
liquides du fait de leur dépendance par rapport à la température.
Un dispositif d'affichage du type mentionné et destiné à des tableaux de bords ainsi qu'à des tableaux d'information de grand format est connu par le brevet GB-A 20 94 051 On prévoit par exemple en ce qui concerne le dispositif d'éclairage de grande surface une plaque électroluminescente ou une lampe fluorescente qui éclaire par l'arrière une feuille colorée, et qui est également soumise à l'éclairement de l'environnement par l'avant, c'est-à-dire dans la direction dans laquelle on regarde le dispositif d'affichage La feuille colorée porte sur son côté avant dés couches fluorescentes colorées locales à l'avant desquelles sont disposés les symboles formées par des cellules de cristaux liquides Cet agencement a l'inconvénient de provoquer une forte diminution du contraste des couleurs quand l'éclairement de l'environnement augmente Ceci détériore la capacité d'appréhender facilement et visuellement les divers symboles affichables auxquels est associée dans la mémoire une constellation de couleurs déterminée qui est de moins en moins prononcée à mesure qu'augmente la clarté de l'environnement. Connaissant ces insuffisances et ces conditions, l'invention a pour but de perfectionner un dispositif d'affichage à cristaux liquides à plusieurs couleurs du type indiqué de manière à obtenir de façon simple-une amélioration sensible du contraste aussi bien par rapport à l'éclairement de l'environnement que par rapport aux diverses couleurs qui sont représentées en utilisant des technologies ayant fait leur preuve et propres à une fabrication en grandes séries pour des raisons
de prix de revient.
Selon l'invention, ce but est atteint essentiellement du fait que le dispositif d'affichage à cristaux liquides multicolore selon le préambule est caractérisé en ce que l'on dispose entre les feuilles colorées et les cellules des cristaux liquides un transflecteur et en ce que le transflecteur comprend des zones de couleurs différentes
associées dans l'espace à des feuilles colorées déterminées.
Dans le cadre de la solution de l'invention, on met également en oeuvre le fait connu selon lequel on peut avantageusement obtenir, lorsque l'éclairement de l'environnement se modifie fortement, un mélange entre fonctionnement transmissif et fonctionnement réflectif des cellules de cristaux liquides en incorporant un transflecteur entre les cellules et le dispositif d'éclairement arrière; cela étant d'ailleurs décrit plus en détail pour des dispositifs déterminés dans le brevet Suisse 619 401 et dans "IBM Technical Disclosure Bulletin"
Volume 15, 1973, pages 2435 et suivantes.
Dans le cadre de la solution de l'invention, l'incorporation d'un transflecteur entre les cellules de cristaux liquides et les diverses feuilles colorées conduit à ce résultat que le dispositif d'affichage fonctionne pendant la nuit, c'est-à-dire quand l'éclairement de l'environnement est faible dans la direction dans laquelle on regarde le dispositif, de façon purement transmissive dans la couleur des feuilles colorées respectives; alors que lorsque l'éclairement de l'environnement augmente, cette coloration en fonctionnement de nuit des informations s'éclaircit pour devenir pratiquement blanche en fonctionnement par lumière solaire Quand le fonctionnement a lieu dans un environnement à lumière colorée, la représentation de l'information est obtenue par une couleur mélangée, la couleur de la feuille colorée étant dominante quand le champ environnant est foncé alors que c'est la couleur de la lumière environnante qui est dominante quand le champ environnant est clair Ainsi, l'impression colorée de la représentation de l'information change en fonction de l'éclairement de l'environnement; ce qui permet, en raison de la sensibilité de l'oeil humain aux couleurs, une adaptation optimale du contraste dans toutes les conditions de l'environnement quand il y a modification graduelle des couleurs Cette possibilité est particulièrement importante pour les affichages de tableaux de bord de véhicules terrestres ou aériens dans lesquels le conducteur du véhicule est soumis aux variations habituelles de l'environnement et ne doit donc pas être en plus soumis à des contraintes faisant que sa capacité à percevoir les informations fournies par les instruments et qu'il acquiert par un rapide coup d'oeil se modifie fortement en raison des conditions changeantes de la lumière ambiante Du fait que le passage de la lumière par l'arrière du transflecteur se poursuit même quand les conditions de la lumière environnante sont claires, il n'y a guère de phénomène d'assombrissement de la parallaxe du fait que les ombres dues aux composantes réflectives projetées sur le transflecteur sont absorbées par le passage de la lumière par l'arrière A cet égard, un avantage additionnel particulier est que l'on peut augmenter de façon désirée la capacité de différenciation optique des informations pouvant être représentées de façons diverses, c'est-à-dire modifier par zones la représentation d'informations en couleurs mélangées lors du passage du fonctionnement de nuit au fonctionnement de jour (c'est-à-dire le passage d'une clarté faible de l'environnement à une clarté élevée dans la direction dans laquelle on regarde le dispositif) du fait que des couleurs lumineuses diverses arrivant par l'arrière sur le transflecteur blanc ou de couleur claire métallique (à savoir sur sa surface qui est tournée vers les cellules de cristaux liquides) sont associées à des couches de couleurs différentes par exemple formées
par des impressions colorées.
En fonctionnement de nuit, on obtient donc une couleur mélangée à partir de la couleur lumineuse de transmission et de la couleur de l'impression; alors qu'en lumière du jour de couleur unitaire (par exemple blanche), des zones d'information différentes apparaissent par contre avec des colorations différentes et les types d'information différents peuvent donc être plus facilement distingués les uns des autres Une possibilité particulière dans ce cadre est que des informations déterminées ne soient soumises à aucun changement de couleur lors du passage du fonctionnement de nuit au fonctionnement de jour du fait que l'impression colorée associée localement sur le transflecteur a la même couleur que l'éclairage de transmission coloré parvenant par l'arrière; ce qui fait que cette représentation de l'information apparaît sous la meme couleur en fonctionnement de nuit
(transmissif) et en fonctionnement de jour (pratiquement réflectif).
En ce qui concerne d'autres possibilités d'augmenter considérablement le contraste, il existe un perfectionnement particulièrement avantageux de l'invention consistant à associer aux zones de lumières colorées différentes pendant le passage du rayonnement par le transflecteur des zones en forme de chambres et limitées les unes par rapport aux autres à l'intérieur des cellules de cristaux liquides Tout en conservant les procédés de fabrication de telles cellules de cristaux liquides qui se sont révélés valables et économiques, on peut alors équiper ces dernières de plusieurs chambres séparées les unes des autres par des bandes de colle, que l'on remplit de mélanges de matériaux pour cristaux liquides légèrement modifiés les uns par rapport aux autres Cette modification consiste à mélanger les matériaux pour cristaux liquides standards du commerce en fonction des couleurs lumineuses de transmission qui leur sont associées On peut également prévoir en fonction des couleurs lumineuses de transmission et pour le remplissage des chambres des cristaux liquides respectives d'ajouter des colorants habituels du commerce en tant que colorants hôtes pour affichages GR de manière à obtenir une plage de températures
plus large de l'absorption maximale.
On est ainsi assuré que même dans un environnement sombre les segments d'une représentation d'information qui ne sont pas excités électriquement ne sont traversés queextrêmement peu par la lumière de transmission de manière à obtenir ainsi un contraste optimal entre
segments excités et segments ou régions environnantes non excités.
On peut améliorer encore le contraste, en particulier pour le passage des conditions de fonctionnement d'un environnement sombre à un environnement clair, en recouvrant le polarisateur avant, c'est-à-dire l'analyseur des cellules de cristaux liquides TN, avec une couche de laque brute mince, ainsi que cela est connu pour le traitement anti-réflex de surfaces par le brevet DE-A 2 944 325 La couche de laque brute peut avoir dans ce cas un effet ati-réflex additionnel; mais la différence est que la projection par l'arrière, qui est toujours un fonctionnement transmissîf même dans un environnement clair, sur la couche de laque brute provoque dans cette dernière une dispersion de la lumière et de ce fait une augmentation nette de l'angle de visée; alors que même quand la lumière de l'environnement est claire cette couche de laque brute qui se comporte comme une vitre matte provoque un dégradé supplémentaire des projections d'ombres
perturbatrices sur le transflecteur.
Ainsi, grâce à des mesures additionnelles qui sont simples sur le plan constructif et non critiques sur le plan technologique et qui concernent des cellules de cristaux liquides TN traditionnelles à représentation contrastée négative dans des zones d'affichage colorées diverses permettent d'obtenir une modification individuelle locale des couleurs en fonction du changement de clarté de l'environnement et de ce fait une adaptation optimale à la capacité d'appréhension par l'oeil humain grâce à une amélioration sensible des contrastes du fait de
l'accord entre zones colorées individuelles.
En ce qui concerne des possibilités d'accord avantageuses et additionnelles pour augmenter encore plus le contraste dans des cellules de cristaux liquides traditionnelles, on part du fait qu'en raison de propriétés techniques non idéales des cristaux liquides disponibles, la lumière polarisée linéairement est à nouveau polarisée elliptiquement après passage par les cellules de cristaux liquides; et qu'une certaine polarisation réapparaît dans le matériau des cellules, perpendiculaire à la direction de la polarisation de la lumière pénétrant dans la cellule Cette polarisation perpendiculaire limitée n'est donc pas absorbée par l'analyseur à l'avant de la cellule, dont la direction de la polarisation est orientée transversalement à celle du polarisateur qui est à l'arrière de la cellule Du fait de ces imperfections des propriétés optiques du matériau constituant les cristaux liquides, le contraste de la représentation se trouve dégradé car cette lumière qui est polarisée transversalement à la fraction principale passe par la zone de segments de symboles non excités à c 8 té de segments de symboles effectivement excités (optiquement translucides) Ceci perturbe tout particulièrement le dispositif d'affichage quand la clarté de l'environnement est faible
(fonctionnement de nuit).
Pour compenser les détériorations de contraste provoquées par le système, c'est-à-dire pour optimiser le contraste (entre segments excités et segments non excités), on connaît (brevets DE-A 30 48 024; DE-A 31 48 447) comment disposer l'une derrière l'autre deux-cellules de cristaux liquides tournantes et disposées en sens contraire pour compenser complètement la polarisation -transversale indésirable apparaissant à l'intérieur de la cellule du fait de l'orientation opposée Mais cette mesure d'optimisation rend beaucoup trop coûteuse la fabrication d'un dispositif d'affichage contenant de telles cellules à cristaux liquides Car l'accord du matériau est d'une part critique pour les composantes rectilignes en sens contraire de la polarisation transversale indésirable; et surtout la constitution d'un ensemble formé par deux cellules séparées est coûteuse du fait des nécessités d'association géométrique précises des représentations par les symboles En outre, le besoin en matériau pour cristaux liquides et le besoin de place pour les cellules combinées, c'est-à-dire les cellules à deux couches, augmente de façon indésirable Finalement, la brillance de la représentation est détériorée du fait de cette double disposition car la couche effective des cristaux liquides est plus épaisse et plusieurs composants additionnels qui provoquent des pertes fondamentales sur le plan optique sont montés les uns à la suite des autres. Connaissant ces conditions et ces insuffisances, on a recherché un procédé d'optimisation du contraste de cristaux liquides à effet de champ du type mentionné -dans lequel on conserve les avantages de la technologie standard et la constitution habituelle (à couche unique) des cellules qui ont fait leurs preuves c'est-à-dire ne nécessitant pas de procédés de fabrication additionnels et spéciaux rendant plus coûteuse une fabrication en série; mais dans lequel on obtient une augmentation marquée du contraste et de ce fait une amélioration nette de la brillance par rapport au contraste obtenu jusqu'ici avec les cellules traditionnelles Pour obtenir ce résultat, l'invention prévoit que pour une couleur prédéterminée de la lumière de transmission et de ce fait de l'affichage ainsi que pour la distance entre plaques (épaisseur de la couche de cristaux liquides) on obtient par une technologie de fabrication courante des cellules à cristaux liquides avec des matériaux pour cristaux liquides du commerce présentant une anisotropie différente de leurs indices de réfraction optique mais des viscosités égales ou similaires, un mélange pour cristaux liquides dont l'anisotropie résultante des indices de réfraction pour la distance entre les plaques est accordée au moins approximativement sur la couleur d'affichage désirée, qu'on mesure pour une cellule remplie avec ce mélange la longueur d'onde lumineuse précise pour laquelle l'intensité de la lumière de transmission passe par un minimum de la longueur d'onde lumineuse, et que finalement, quand la cellule-à cristaux liquides fonctionne, on filtre une lumière de transmission provenant d'un dispositif d'éclairage à lumière non monochromatique au moyen d'une feuille colorée, lumière de transmission dont la valeur spectrale moyenne est au moins approximativement celle de la longueur
d'onde optimale qui a été mesurée.
Quand il s'agit d'affichage électro-optique fonctionnant dans des conditions critiques (en particulier en ce qui concerne les modifications de la clarté de l'environnement et les modifications de concentration de l'observateur), comme celles qui apparaissent lors de la conduite d'un véhicules on obtient pour la représentation de l'information par contraste négatif un contraste entre le symbole d'information et l'environnement (en particulier des parties d'information qui sont momentanément non excitées) correspondant à un rapport de 1:25 Les cellules à cristaux liquides TN fabriquées habituellement pour l'industrie automobile présentent un rapport de contraste de presque 1:30 Selon l'avis de la profession, une augmentation supplémentaire ne peut être obtenue qu'en choisissant d'autres voies que la technologie de fabrication ou les constitutions de cellules traditionnelles Par contre, la simple adaptation de couleur selon la procédé de l'invention permet dvobtenir, tout en utilisant les memes matériaux et sans modifier la technologie de la fabrication, un contraste dtau moins 1:80 et de ce fait des représentations d'information par cristaux liquides présentant une brillance qu'il n'était pas possible d'obtenir jusqu'ici avec les cellules de cristaux liquides courantes (en raison des coûts de
fabrication pour une utilisation de masse).
D'autres perfectionnements ainsi que d'autres caractéristiques et
avantages de I'invention apparattront à la lecture de la description
qui suit d'un exemple de réalisation préféré de Iînventian, représenté sur le dessin annexé de façon simplifiée et limite-à l'tessentiel Sur le dessin: la Fig 1 représente un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant diverses zones de représentatieon d'information, la Fig 2 est une vue en coupe du dispositif d'affichage selon la ligne II-II de la Fig 1, en vue légèrement éclatée montrant la constitution interne du dispositif, et la Fig 3 est une vue en coupe avec arrachement partiel et fortement agrandie selon la ligne III-111 de la Fig 2 des régions voisines de la cellule à cristaux liquides contenues dans le dispositif d'affichage. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides 2 à plusieurs couleurs et représenté en vue simplifiée à la Fig 1 qui montre l'information obtenue par ces cellules à cristaux liquides 1 comprend plusieurs zones d'information 3 qui sont décalées localement les unes par rapport aux autres et qui sont différentes les unes des autres par leur couleur C'est ainsi que dans la zone d'affichage de chiffres 3 1
apparaissent par exemple des symboles alpha-numériques au moyen de dis-
positifs à sept segments rouges alors que les zones informations 3 2 et 3. 3 présentent par exemple des symboles immuables pour différencier par exemple optiquement et de façon simple des représentations symboliques
vertes ou jaunes.
Dans le cas o l'on utilise ce dispositif d'affichage 2 en tant qu'instrument universel dans les tableaux de bord de véhicules automobiles, la représentation alpha-numérique de la zone d'information 3. 1 est déterminée par une information variable qui est par exemple fonction de l'appel d'information concernant une vitesse momentanée, le chemin parcouru ou une donnée de temps; par contre les symboles fixes des autres zones 3 2 et 3 3 n'apparaissent (avec leur coloration respective) que lorsque des événements déterminés apparaissent, par exemple quand l'eau de refroidissement a atteint une température trop
élevée (zone 3 2) ou quand la réserve de carburant baisse (zone 3 3).
Selon la vue en coupe de la Fig 2, on monte à l'intérieur d'un bottier 4, les uns derrière les autres, dans le dispositif d'affichage 2 et dans la direction 5 dans laquelle on regarde le dispositif, une cellule à cristaux liquides standard de grande surface 1 (voir également Fig 3), un transflecteur 6, des feuilles colorées 7 et un dispositif d'éclairage 8 s'étendant sensiblement sur la totalité de la section du dispositif d'affichage 2 et de ce fait de la cellule à
cristaux liquides 1.
Le dispositif d'éclairage 8 est constitué par exemple par une botte 9 dans la partie arrière de laquelle, c'est-à-dire dans la direction 5 dans laquelle on regarde le dispositif, sont montées des lampes incandescentes 10 dont la lumière 11 sort après avoir été 1 1 homogénéisée (répartie de façon diffuse) d'une vitre matte 12 à l'encontre de la direction 5 dans laquelle on-regarde le dispositif, et qui constitue dans le même temps uns certaine isolation thermique des
lampes incandescentes 10 par rapport à la cellule 1 proprement dite.
Dans les conditions habituelles de fonctionnement en clarté ambiante 13 venant frapper le dispositif d'affichage 2 dans la direction 5 dans laquelle on regarde le dispositif, c'est le fonctionnement transmissif de la cellule 1 à cristaux liquides et subdivisée en zones individuelles 3 qui est dominant Dans ce but, chacune des zones 3 qui est destinée à une représentation d'information colorée différente est éclairée par l'arrière dans le sens inverse de la direction 5 dans laquelle on regarde le dispositif par une lumière 14 de couleur correspondante, qui la traverse donc quand il y a
commutation commandée par champ de la cellule à cristaux liquides 1.
Pour obtenir cette lumière 14 qui est colorée de façon différente selon les zones, on prévoit des feuilles colorées 7 de couleurs différentes et décalées les unes par rapport aux autres à l'arrière des zones d'affichage 3 qui leur sont associées; Ces feuilles colorées 7 peuvent être constituées sous forme d'éléments de recouvrement transparents et colorés disposés sur des ouvertures correspondantes pratiquées dans une paroi de séparation 15 entre le dispositif d'éclairage 8 et la cellule à cristaux liquides 1 subdivisée en zones 3, ou par exemple également sous forme d'éléments de films collés les uns sur les autres, d surface
et de dispositions correspondantes.
Le transflecteur 6 dont la couleur de base est blanche ou celle d'un métal clair, c'est-à-dire le réflecteur partiellement transparent disposé entre la cellule à cristaux liquides 1 et les feuilles colorées 7 et constituant les sources de la lumière de transmission 14 qui est colorée localement de façon différente, est traversé par la lumière colorée dans ses zones 16 associées aux zones d'information 3 en vue de l'affichage coloré de l'information Si la lumière de l'environnement 13 qui traverse la cellule à cristaux liquides 1 (en fonction l'excitation des symboles) est dominante au niveau du transflecteur 6 par rapport à la lumière colorée 14 qui est envoyée par l'arrière, le transflecteur 6 fonctionne en premier lieu en tant que réflecteur clair et l'affichage coloré de l'information apparaît dans un ton coloré et clair correspondant (ou selon une coloration mélangée avec la lumière de l'ambiance 13) Lorsque la clarté ambiante 13 passe d'un niveau faible à un niveau élevé, la couleur de l'affichage de l'information par le dispositif d'affichage 2 s'éclaire, et passe par exemple du rouge (en fonctionnement de nuit) à l'orange (en fonctionnement en pénombre), à l'orange clair (en fonctionnement de jour) et éventuellement à un affichage de l'information en lumière blanche (sous
l'éclairement du soleil qui constitue l'éclairement d'ambiance 13).
Ceci correspond à une adaptation optimale de la sensibilité de l'oeil humain dans la pénombre, avec-en vue un contraste de l'affichage qui
soit approximativement constant et donc toujours optimal.
Il peut être avantageux pour différencier plus facilement des informations différentes apparaissant dans les zones différentes 3 de ne pas soumettre des affichages individuels d'information à ce changement de couleur en fonction des modifications de la clarté d'ambiance 13 Dans ce but, la zone partielle d'affichage 3 2 correspondante qui est associée dans l'espace à la zone 16 2 du transflecteur est colorée sur sa surface tournée vers la cellule à cristaux liquides 1 avec la couleur de la lumière de transmission colorée 14 2 qui lui est associée dans l'espace, c'est-à-dire la couleur de la feuille colorée 7 2 située à l'arrière, et elle est de préférence munie d'une couche colorée correspondante 17 2 Ainsi, l'affichage de l'information s'effectue également dans la zone associée 3 2, même en cas de fonctionnement transmissif faible (du fait d'une clarté d'ambiance 13 importante), toujours avec la même coloration que
lorsqu'il s'agit d'un fonctionnement fortement transmissif.
On peut donc réaliser des modifications de couleur dépendant de la lumière ambiante chaque fois qu'il y a passage à un affichage d'information clair et même blanc et maintenir la couleur de l'affichage en dépit d'une clarté grandissante de la lumière ambiante 13, lorsque l'impression colorée locale 17 sur le transflecteur 6 est prévue dans une couleur qui est différente de la lumière de transmission 14 qui lui est localement associée En fonctionnement de nuit, c'est-à-dire en fonctionnement fortement transmissif de la cellule à cristaux liquides 1, la couleur mélangée provenant de la lumière colorée 14 et de l'impression colorée 17est alors dominante, alors que lorsqu'il y a passage à un fonctionnement de jour, la couleur mélangée constituée par la clarté ambiante 13 et l'impression colorée 17 augmente Ainsi, les zones d'affichage 3 qui ont une signification différente peuvent être nettement différenciées les unes des autres par des couleurs d'affichage étagées, et en particulier par des modifications de couleur adaptées, qui facilitent d'une façon souhaitable la capacité de perception de l'observateur et sa
concentration sur les informations essentielles.
On obtient ce résultat avec des cellules tournantes habituelles (cellules à cristaux liquides TN) comprenant des polarisateurs parallèles 26, 27 pour les représentations claires des symboles dans un champ environnant sombre; c'est-à-dire sans avoir besoin d'avoir à passer des procédés de fabrication standards ayant fait leurs preuves à un procédé spécial plus coûteux et à des formes de construction particulières de ces cellules à cristaux liquides 1; donc uniquement au moyen de l'association décrite entre des zones colorées correspondantes du transflecteur 17 et la lumière de transmission colorée 14 à l'arrière d'une cellule à cristaux liquides standard 1 dans laquelle les différentes zones dc'inforwation 3 sont décalées les unes par rapport aux autres Ces mesures sont réalisées en particulier en dehors de la cellule 1, ce qui permet d'éviter des influences nuisibles sur le comportement du matériau des cristaux liquides du fait des colorants; et l'on peut combiner les cellules standards 1 à des feuilles colorées 7 et des transflecteurs 6 que l'on peut grouper à volonté de manière à obtenir avec le dispositif 2 les conditions qui sont particulièrement
exigées pour l'affichage de l'information.
Mais il peut être également avantageux pour augmenter encore plus les propriétés optiques de ce dispositif d'affichage à plusieurs zones 2 de limiter les zones d'information individuelles 3 les unes par rapport aux autres structurellement à l'intérieur de la cellule à cristaux liquides 1, une chambre propre 18 étant associée à chaque zone d'information, ces chambres étant remplies individuellement de mélanges
de liquides à contraste optimal.
Comme on peut le voir sur la vue de principe de la Fig 1, ces chambres 18 sont entourées par des bandes de colle 19 (et de ce fait séparées des chambres voisines 18), sont également formées parallèlement aux bords 20 d'une cellule à cristaux liquides 1 pour relier leur plaque avant 21 (Fig 3) à la plaque arrière 22 Les bandes de colle 19 servant à définir les chambres individuelles 18 peuvent dont être disposées de la même manière et simultanément comme les bandes de colle 19 le long des bords 20 des plaques 21 et 22, au cours du procédé sérigraphique habituel appliqué aux plaques 21, 22, et être séparés par des particules d'écartement 23 pour obtenir la distance définie entre les plaques de la cellule à cristaux liquides 1, ce qui conduit également à une augmentation intéressante de la stabilité de la
constitution de la cellule.
L'application habituelle sur la surface des plaques 21, 22 qui sont tournées vers les chambres d'électrodes à symboles pouvant être excitées électriquement et individuellement (correspondant à la représentation des informations de la Fig 1) n'est pas représentée en détail sur le dessin Cette subdivision de la cellule à cristaux liquides 1 de grande surface en chambres individuelles 18 qui sont associées directement aux zones d 2 information 3 permet en outre d'économiser le matériau à cristaux liquides à utiliser, car l'ensemble de la cavité comprise entre lesvitres 21, 22 n'a plus besoin d'être rempli en totalité, ce remplissage étant limité au volume des chambres
individuelles 18 qui sont séparées les unes des autres.
En vue du remplissage par le matériau à cristaux liquides, chacune des chambres 18 se prolonge par des canalisations 24 se terminant sur le bord 20 de la cellule à cristaux liquides 1 par une interruption de la bande de colle 19 se trouvant en cet endroit, et formant une ouverture de remplissage 25 Ces ouvertures de remplissage 25 sont situées de préférence les unes près des autres sur le même bord 20, de manière que lorsqu'on les oriente vers le haut, toutes les chambres 18 puissent être remplies simultanément ou les unes après les autres sans avoir besoin de retourner le dispositif et que l'on puisse fermer ensuite hermétiquement toutes les ouvertures de remplissage 25 de façon
habituelle.
La subdivision de la cellule à cristaux liquides l en chambres 18 séparées et associées aux zones individuelles 3 d'affichage colorées des informations présente un autre avantage venant de ce que chaque remplissage par des cristaux liquides peut être adapté de façon optimale à la lumière de transmission colorée 14 qui est associée à la zone correspondante 2 L'objet de cette optimisation est le contraste de l'affichage de l'information (au moyen d'électrodes excitées électriquement) par rapport à l'environnement (électrode momentanément non excitée et champ environnant); cet optimum signifie que la lumière de transmission colorée 14 passant par les segments d'information dont les électrodes sont momentanément non excitées est minimale C'est pourquoi chacune des chambres 18 n'est pas remplie de façon identique du matériau pour cristaux liquides et que ce matériau est mélangé en fonction de la lumière de transmission colorée 14 qui est associée localement de manière qu'en cap d'une excitation erronée de la cellule il y ait absorption maximale au point central du spectre de la lumière colorée filtrée 14 Une certaine largeur, de bande spectrale de la lumière de transmission 14 permet d'obtenir de façon souhaitable une densité de lumière plus forte que celle obtenue avec les sources lumineuses monochromatiques utilisées, qui sont également plus compliquées sur le plan technique Pour stabiliser la température, on peut mélanger au matériau destiné aux cristaux liquides des particules colorées connues par exemple sous le nom de colorants h 8 tes (Dyes) pour affichages "invité-h Ste" (GH) Cette adjonction de colorant est cependant beaucoup plus faible que lorsqu'il s'agit de ces affichages GH; ce qui fait que dans le cas présent du remplissage individuel des chambres 18, il n'y a pas d'effets de champ additionnels indésirables provenant de cette adjonction, ou de diminution sensible des propriétés de fonctionnement du dispositif d'affichage 2 en raison d'une
augmentation quelconque de viscosité (voir ci-dessous).
Comme le transf lecteur 6 est disposé, vu-dans la direction 5, à l'arrière du polarisateur arrière 26 et de ce fait à l'arrière du plan des chambres 18, il y a en fonctionnement de jour et dès que la lumière provenant de l'ambiance lumineuse 13 tombe en oblique un assombrissement décalé de l'affichage par rapport à l'axe longitudinal du dispositif d'affichage 2 et de ce fait à la direction nominale 5 dans laquelle on regarde le dispositif, sur le c 8 té avant (éventuellement partiellement coloré) du transflecteur 6, ce qui peut
constituer un phénomène perturbateur de parallaxe dans la direction 5.
Mais comme le transflecteur 6 reste traversé par le lumière Il provenant de la botte 9 même en fonctionnement de jour, les ombres que l'on attend sur le transflecteur 6 sont traversées de façon transmissive, ce qui fait que cette parallaxe perturbatrice est exclue,
dans les conditions normales de l'éclairement environnant 13.
Les effets perturbateurs de parallaxe d'une telle projection d'ombres sur le côté avant du transflecteur 6 qui est tourné vers la cellule à cristaux liquides 1 sont encore réduits du fait que la surface avant d'un analysateur 27 c'est-à-dire le polarisateur avant qui est à l'avant de la plaque avant 21 est recouverte d'une couche extrêmement fine d'un produit anti-réflex, que l'on trouve dans le commerce par exemple sous l'appellation de "Teleflex" ou de "Glarechequ" Cette couche de laque brute 28 qui est appliquée de façon extrêmement mince (par comparaison avec une enduction anti-réflex habituelle) ne provoque qu'une légère diminution du contraste entre l'affichage de l'information et l'environnement sur la cellule à cristaux liquides 1 D'un autre côté, la possibilité de regarder directement dans la direction 5 au travers de régions excitées de la cellule à cristaux liquides 1 est limitée du fait de l'application externe de la couche de laque brute 28 qui est analogue à une plaque matte Dans le même temps, la lumière dirigée à l'encontre de la direction 5 dans laquelle on regarde le dispositif sur la couche de laque brute 28 et concernant les projections d'informations éclairées de l'intérieur est soumise à la diffusion indiquée à la Fig 2, ce qui permet une augmentation intéressante de l'angle de visualisation; sans que des effets d'assombrissement résiduels et perturbateurs apparaissent sur le côté avant du transflecteur 6 dans la direction 5
dans laquelle on regarde le dispositif.
Le degré de diffusion de la couche de laque brute 28 doit être aussi élevé que possible pour exploiter l'augmentation de l'angle de visualisation; ceci signifie que la lumière projetée doit être-diffusée autant que possible par la surface de la laque brute ou par la surface de la laque matte Par ailleurs, quand le degré de diffusion augmente, le contraste en fonctionnement réflectif par réflexion directe sur la couche de laque diminue de façon drastique (du fait de l'éclairement du fond par ailleurs sombre) Selon l'épaisseur du verre de la cellule 1 et quand le degré de diffusion augmente, la capacité de lecture de
l'information représentée se détériore du fait du flou qui s'installe.
Mais si l'on fixe un contraste minimum en fonctionnement par pure réflexion (dans ce cas, la couche de diffusion réduit le contraste), le degré de diffusion admissible et maximal peut être déterminé pour des propriétés données de la cellule et ce degré agit alors en fonctionnement par transmission de manière à agrandir l'angle de visionnement. Ce degré de diffusion peut être réglé en agissant sur la surface de la laque (rugosité de la laque matte), sur le type de laque ou sur le mélange de laques, sur les températures de séchage qui ont été choisies ou en ajoutant des matières blanches ou qui diffusent de la
lumière (colorant à base de Si O 2).
Pour augmenter encore plus le contraste sans avoir à utiliser des technologies de fabrication coûteuse, on part pour chacune des chambres 18 du fait reconnu que la transmission résiduelle d'une cellule bloquée sur une longueur d'onde déterminée (c'est-à-dire une couleur) de la lumière renvoyée par l'arrière à l'encontre de la direction dans laquelle on regarde le dispositif (c'est-à-dire la lumière destinée au fonctionnement par transmission de la cellule) passe par un minimum (au moins) de la longueur d'onde de la lumière La longueur d'onde pour laquelle la courbe d'absorption comprend un maximum varie en fonction de l'épaisseur de la cellule (c'est-à-dire de l'épaisseur de la couche de cristaux liquides mesurée en direction de la lumière qui la traverse entre les plaques de la cellule recouvertes à l'intérieur de la cellule par les électrodes formant les symboles et à l'extérieur de la cellule par le polarisateur-analyseur); et cette position du minimum de transmission varie en outre en fonction de l'anisotropie de l'indice de
réflexion optique dumatériau pour cristaux liquides (Delta n).
Technologiquement, l'épaisseur de la couche de cristaux liquides peut être optimalisée pour la technologie de fabrication traditionnelle de cellules à cristaux liquides; et ceci en particulier en fonction de la mesure de la distance constante et nécessaire entre les plaques de la cellule et également quand il s'agit de cellules de grande surface en utilisant des particules de séparation d'épaisseur déterminée et en tenant compte d'une réaction de la viscosité des cristaux liquides sur les possibilités technologiques d'un processus de remplissage reproduisible et de la dépendance au carré de la durée de commutation de l'épaisseur de la couche Quand il s'agit de la technologie ayant fait ses preuves et utilisant des particules de séparation en verre disponibles, et de matériaux pour cristaux liquides habituels et convenant à des tableaux de bord de véhicules (par exemple les types ZLI 1694 ou 1957 de la Société MERCK), l'épaisseur de la couche (distance entre plaques de la cellule) est d'environ 8 pm Mais du fait que l'on ne peut modifier à volonté les particules d'écartement disponibles, il ne serait pas avantageux de chercher à modifier l'épaisseur de la couche en vue de rendre le contraste optimal Quand il y a affichage simultané de plusieurs symboles d'information disposés les uns près des autres et dont la couleur de la lumière de transmission est différente, une épaisseur de couche adaptée aux couleurs ne peut peut pas être envisagée pratiquement du fait des particules d'écartement proprement dites quand l'affichage d'informations multiples à plusieurs couleurs doit être réalisé avec une unique cellule à cristaux liquides de grande surface, car il serait
possible d'appliquer des couches de verre minces localement.
Une possibilité pratique d'obtenir un minimum de transmission résiduelle pour une longueur d'onde déterminée et pour une épaisseur de couche déterminée par les particules d'écartement disponibles existe cependant par l'adaptation de l'anisotropie de réflexion (An) des
mélanges de matériaux utilisés pour les cristaux liquides.
Selon la présente invention, il est donc proposé pour rendre le contraste optimal de suivre la voie consistant à utiliser pour la couleur d'affichage désirée pour l'information et en utilisant une épaisseur de couche techniquement possible sur le plan de la fabrication dans chaque chambre 18 un matériau pour cristaux liquides respectif obtenu par un mélange de matériaux de base différents ayant exactement le même à n, au moyen duquel le minimum de la courbe de transmission spectrale résiduelle est situé dans la zone spectrale de
la couleur d'information désirée.
Pour un spectre lumineux provenant d'un dispositif d'éclairage déterminé, cette longueur d'onde lumineuse se trouve donc filtrée en son point central par interposition d'un filtre coloré spécialement mis au point pour cette longueur d'onde lumineuse à l'intérieur de la couleur d'affichage globale prédéterminée (c'est-à-dire par exemple quand il s'agit d'un "affichage vert", de la zone spectrale correspondante de 550 nm de longueur d'onde moyenne) et en tant qu'éclairage arrière pour le fonctionnement par transmission par l'intermédiaire d'un écran transflecteur comme expliqué et représenté
en détail plus haut.
Pour représenter les informations dans des couleurs différentes dans des zones différentes de la cellule à cristaux liquides, la cellule est avantageusement subdivisée, comme décrit, en plusieurs chambres 18 qui sont remplies selon la couleur désirée avec des matériaux pour cristaux liquides différentes les uns des autres (et ayant respectivement un A N différent) Pour chacun de ces matériaux de remplissage, la lumière de transmission de cette zone de longueur d'onde est donc filtrée du dispositif d'éclairage par l'intermédiaire d'un filtre coloré associé localement à la chambre respective La position précise du minimum utilisable de la courbe de transmission (c'est-à-dire la longueur d'onde d'absorption optimale) varie en fonction de la température de l'environnement, c'est-à-dire de la température de fonctionnement du matériau pour cristaux liquides se trouvant dans la cellule Pour réduire cette dépendance par rapport à la température (soit le réglage de la longueur d'onde optimisée pour améliorer le contraste de l'affichage par représentation négative) il s'est avéré avantageux, que selon un perfectionnement approprié de la solution de l'invention, de mélanger au matériau de remplissage des chambres de la cellule à cristaux liquides des colorants dichroiques de faible concentration tels qu'on les trouve habituellement dans le commerce en tant que colorants h 8 tes pour des cellules à cristaux liquides GH pour diverses couleurs de base Cette concentration additionnelle est située dans ce cas entre 1 % et 2 % et limitée à un unique composant de colorant qui est situé par sor absorption principale dans la zone spectrale de la transmission résiduelle la plus élevée de la cellule Ainsi, la concentration est donc nettement plus faible que pour les mélanges GR habituels ( 6 % 8 %), qui sont constitués en outre par plusieurs types de molécules colorées; ce qui fait que l'augmentation de viscosité du matériau pour cristaux liquides que l'on peut constater et qui a une influence négative sur les possibilités d'excitation électriques (temps de commutation) n'apparatt
pas dans ce cas.
En tant qu'autre mesure de détermination pour rendre le contraste de l'affichage négatif TN optimal, il est avantageux de rechercher un appariement de filtres de polarisation appropriés au milieu, ou même des appariements de filtres de polarisation limités localement aux zones respectives des chambres Car l'absorption de la lumière colorée par le dispositif à filtres de polarisation croisés a lieu dans le colorant (c'est-à-dire dans les colorants dichroiques déposés) des structures des filtres de polarisation; c'est pourquoi une adaptation à la longueur d'onde précise réglée pour l'absorption optimale, ainsi qu'au colorant déposé dans le matériau pour cristaux liquides en vue de la compensation de la températures, et qui peut être facilement déterminée par l'expérience, provoque une forte augmentation encore du
contraste de l'affichage de l'information.
Claims (5)
1 Dispositif d'affichage à cristaux liquides à plusieurs couleurs ( 2), en particulier pour tableaux de bord de véhicules, comprenant plusieurs feuilles colorées ( 7) de couleurs différentes, associées dans l'espace aux diverses zones d'information ( 3) de l'affichage et décalées les unes par rapport aux autres, entre une cellule à cristaux liquides ( 1) et un dispositif d'éclairage à grande surface ( 8), caractérisé en ce qu'un transflecteur ( 6) est disposé entre les feuilles colorées ( 7) et la cellule à cristaux liquides ( 1) et en ce que le transflecteur ( 6) comprend des zones de couleurs différentes ( 16 x) associées dans l'espace à des feuilles colorées déterminées
( 7.x).
2 Dispositif d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones colorées du transflecteur ( 16 x) sont constituées sous forme d'impressions colorées ( 7 x) appliquées sur la surface du transflecteur ( 6) qui est tournée vers la cellule à cristaux liquides ( 1). 3 Dispositif d'affichage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu sur le transflecteur ( 6) au moins une zone colorée ( 16 x) de même coloration que la feuille colorée ( 7 x) qui
lui est associée dans l'espace.
4 Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que des chambres ( 18 x)
qui sont séparées les unes des autres sont associées dans l'espace à l'intérieur de la cellule à cristaux liquides (I) aux diverses feuilles colorées ( 7 x) et en ce que les chambres ( 18 ix) sont remplies de mélanges différents de matériaux pour cristaux liquides en fonction de l'absorption maximale de la couleur associée de la lumière de transmission respective ( 14 x), mélanges auxquels de faibles concentrations de colorants dichroiques adaptés aux couleurs peuvent
être également ajoutés.
Dispositif d'affichage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les chambres ( 18) qui sont décalées les unes par rapport aux autres sont séparées les unes des autres par des bandes de colle ( 19) entre la plaque avant ( 21) et la plaque arrière ( 22) de la cellule à
cristaux liquides ( 1).
6 Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en-ce que la cellule à cristaux
liquides ( 1) comporte sur son analyseur ( 17) une couche très mince de laque brute ( 28). 7 Procédé d'optmisation du contraste de cellules à cristaux liquides à effet de champ excitables et transmissives, en particulier pour un affichage à contraste négatif, prévu en particulier pour des cellules à cristaux liquides de grande surface selon l'une quelconque
des revendications précédentes et destinées à des tableaux de bord de
véhicules, dans lequel le matériau pour cristaux liquides à indice de réfraction anisotropique est retenu entre des plaques transparentes dont les surfaces qui sont tournées l'une vers l'autre sont recouvertes d'électrodes représentant des symboles d'information et dont celles qui sont à l'opposé l'une de l'autre sont recouvertes de filtres polarisateurs (polarisateur et analyseur), caractérisé en ce que pour une couleur prédéterminée de la lumière de transmission et de ce fait de l'affichage ainsi que pour la distance entre plaques (&paisseur de la couche de cristaux liquides) on obtient par une technologie de fabrication courante des cellules à cristaux liquides avec des matériaux pour cristaux liquides du commerce présentant une anisotropie différente de leurs indices de Réfraction optique mais des viscosités égales ou similaires, un mélange pour cristaux liquides dont l'anisotropie résultante des indices de réfraction pour la distance entre les plaques est accordée au moins approximativement sur la couleur d'affichage désirée, en ce qu'on mesure pour une cellule remplie avec ce mélange la longueur d'onde lumineuse précise pour laquelle l'intensité de la lumière de transmission passe par un minimum de la longueur d'onde lumineuse, et en ce que finalement, quand la cellule à cristaux liquides fonctionne, on filtre une lumière de transmission provenant d'un dispositif d'éclairage à lumière non monochromatique au moyen d'une feuille colorée, lumière de transmission dont la valeur spectrale moyenne est au moins approximativement celle
de la longueur d'onde optimale qui a été mesurée.
8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lorsqu'il s'agit d'affichages d'informations dans des couleurs de base différentes dans des zones décalées les unes par rapport aux autres de la cellule à cristaux liquides, des chambres décalées les unes par rapport aux autres et remplies de mélanges pour cristaux liquides différents en fonction des couleurs différentes sont associées localement à ces zones, mélanges dont l'anisotropie des indices de réfraction est respectivement accordé à la longueur moyenne de la lumière de transmission colorée des chambres individuelles pour une transmission résiduelle minimale, et en ce qu'à partir d'un dispositif d'éclairage à grande surface, des faisceaux de lumière de transmission colorés différents sont filtrés au moyen des feuilles colorées associées localement aux chambres sur les valeurs spectrales optimales de leurs longueurs d'onde en fonction du remplissage effectif des chambres. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un colorant dichro Ique dont le maximum d'absorption est situé dans la zone spectrale du minimum d'absorption de la cellule en fonction de la couleur de base prédéterminée de l'information représentée, est ajouté selon une concentration réduite de manière qu'il n'y ait pas
augmentation importante de la viscosité.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9,
caractérisé en ce que des appariements de filtres polarisation différents, rendus chaque foix optimaux par expérience pour le matériau des cristaux liquides et pour la lumière de transmission dans la zone concernée sont associés aux zones partielles de couleurs d'affichage
différentes de la cellule à cristaux liquides.
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