FR2590392A1 - Dispositif a cristaux liquides ferroelectriques - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A CRISTAUX LIQUIDES FERROELECTRIQUES COMPRENANT UNE PAIRE DE SUBSTRATS, ET UNE COUCHE DE CRISTAUX LIQUIDES FERROELECTRIQUES DISPOSEE ENTRE LES SUBSTRATS SELON UNE EPAISSEUR SUFFISAMMENT MINCE DANS LEQUEL LES CRISTAUX LIQUIDES FOURNISSENT DEUX DIRECTIONS MOYENNES D'AXES MOLECULAIRES FORMANT UN ANGLE 2TH ENTRE ELLES, CHAQUE DIRECTION MOYENNE D'AXE MOLECULAIRE CORRESPONDANT A L'UN DES DEUX ETATS D'ORIENTATION STABLE DES CRISTAUX LIQUIDES; LES CRISTAUX LIQUIDES FOURNISSENT DEUX DIRECTIONS

Description

La présente invention concerne un dispositif à cristaux liquides destiné à

être utilisé dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides, un réseau d'obturateurs optiques, etc.,et plus

particulièrement un dispositif à cristaux liquides ferroélec-

triques ayant des caractéristiques d'affichage et d'excitation améliorées en raison de l'alignement ou orientation initial

amélioré des molécules de cristaux liquides.

Clark et Lagerwall ont proposé l'utilisation d'un dispo-

sitif à cristaux liquides présentant un caractère bistable (demande de brevet japonais N 107216/1981, brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 367 924, etc.). En tant que cristaux liquides bistables, des cristaux liquides ferroélectriques ayant une phase smectique chirale C (SmC ) ou une phase smectique chirale H (SmH ) sont généralement utilisés. Les cristaux liquides ferroélectriques présentent un caractère bistable, c'est-à-dire présentent deux états stables comprenant un premier état stable et un second état stable par rapport à un champ électrique qui leur est appliqué. En conséquence, de façon différente des cristaux liquides de type TN (nématiques en hélice) classiques dans le dispositif susmentionné, les cristaux liquides sont orientés vers le premier état stable en réponse à un premier vecteur de champ électrique et vers le second état stable en réponse à l'autre vecteur de champ électrique. En outre, ce type de cristaux liquides prend très rapidement l'un ou l'autre des deux états stables susmentionnés en réponse à un champ électrique qui leur est appliqué et maintient l'état stable en l'absence de champ électrique. En utilisant ces propriétés, des

perfectionnements fondamentaux peuvent être obtenus en ce qui con-

cerne les difficultés susmentionnées dans un dispositif à cristaux

liquides de type TN classiques.

Pour conférer une caractéristique d'orientation ou d'alignement uniforme à-des cristaux liquides ferroëledté-rques dans:un dispositif du type susmentionné, il est connu d'appliquer un traitement d'alignement uniaxial sur une surface d'un substrat. Plus particulièrement, le traitement d'alignement uniaxial comprend un procédé consistant à frotter la surface de substrat avec un velours, un tissu ou du papier dans une direction, ou un procédé consistant à déposer obliquement du SiO ou SiO2 sur une surface d'un substrat. En appliquant un traitement d'alignement uniaxial approprié à une surface d'un substrat, un état bistable spécifique

a été fourni en tant que caractéristique d'alignement initial.

Toutefois, dans un tel état d'alignement initial, on a observé des problèmes pratiques tels que de mauvais contrastes et de faibles transmissions de lumière pendant un test de modulation optique

effectué en utilisant des polariseurs en nicols croisés en combinai-

son avec le dispositif.

Plus particulièrement, dans un dispositif à cristaux liquides ferroélectriques du type décrit ci-dessus, un état dans lequel des molécules de cristaux liquides (ci-après parfois désignés par l'abréviation "CL") sont en hélice à partir d'un substrat supérieur vers un substrat inférieur dans une couche moléculaire CL (état d'alignement en hélice) comme cela est représenté en figure 21, se forme plus facilement qu'un état dans lequel les molécules CL sont alignées parallèlement les unes aux autres dans une couche moléculaire CL (état d'alignement

parallèle) comme cela est représenté en figure 22. Un tel aligne-

ment en hélice des molécules CL produit divers inconvénients pour un dispositif d'affichage, par exemple que l'angle formé entre les axes moléculaires CL dans le premier état d'orientation et le second état d'orientation (angle d'inclinaison) est apparemment réduit, d'o il résulte une diminution du contraste ou de la transmission de lumière, et une surbrillance prend place dans la réponse des molécules CL à l'instant de la commutation entre les états d'orientation, d'o il résulte une fluctuation observable de la transmission de lumière. Pour cette raison, on souhaite que les molécules CL soient placées dans l'état d'alignement parallèle

pour un dispositif d'affichage.

La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes susmentionnés et vise à prévoir un dispositif à cristaux

liquides amélioré en ce qui concerne ses caractéristiques d'affi-

chage en réalisant l'état d'alignement parallèle des molécules de

cristaux liquides.

On a observé que l'état d'alignement en hélice ci-dessus mentionné peut être transformé en l'état d'alignement parallèle en

appliquant une tension alternative appropriée (ci-après quelque -

fois appelée tension alternative d'alignement parallèle) à des

cristaux liquides ferroélectriques bistables.

Selon la présente invention, il est prévu un dispositif à cristaux liquides ferroélectriques comprenant une paire de substrats munis chacun d'une électrode, et une couche de cristaux liquides ferroélectriques disposée entre les substrats selon une épaisseur qui est suffisamment mince pour relicher la structureen spirale des cristaux liquides ferroélectriques, dans lequel les cristaux liquides ferroélectriques fournissent deux directions moyennes d'axes moléculaires formant un angle 2e entre elles, chaque direction moyenne d'axe moléculaire correspondant à l'un des deux états d'orientation stablesdes cristaux liquides

ferroélectriques; les cristaux liquides ferroélectriques four-

nissent deux directions moyennes d'axes moléculaires formant un angle 2 uquand des tensions dépassant la tension de seuil des cristaux liquides ferroélectriques sont appliquées aux cristaux

liquides ferroélectriques, et les cristaux liquides ferroélec-

triques fournissent deux directions moléculaires moyennes formant un angle 29a entre elles après application d'un champ électrique alternatif aux cristaux liquides ferroélectriques et suppression

du champ électrique; les angles @, et Oa satisfont à la rela-

tion: $ C a e Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autresde la présente invention apparaîtront plus clairement à la

lecture de la description suivante de modes de réalisation par-

ticuliers de la présente invention faite en relation avec les dessins joints sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan schématique destinée à illustrer une cellule CL selon la présente invention; les figures 2 et 3 sont des vues en plan et en coupe, respectivement, d'une cellule CL;

la figure 4 est un schema de circuit pour une applica-

tion de tension alternative; les figures 5 et 6 sont chacune une vue schématique pour illustrer une cellule à cristaux liquides ferroélectriques; les figures 7, 10, 12, 15, 17 et 20 sont chacune un schéma de circuit d'un exemple d'appareil à cristaux liquides selon la présente invention;

les figures 8 et I1l sont des schémas de circuit de com-

mutateurs utilisés dans les exemples représentés sur les figures 7 et , respectivement; la figure 9 est une vue en coupe représentant un autre exemple du dispositif CL selon la présente invention; les figures 13 et 18 sont chacune un tableau en fonction du temps représentant des signaux de tension utilisés dans l'exemple de la présente invention; la figure 14 est une représentation d'éléments d'image matricielle dans un mode de réalisation de la présente invention; les figures 16 et 19 sont des schémas de circuit des étages terminaux des circuits d'excitation dans l'appareil représenté en figures 15 et 17; et

les figures 21 et 22 sont chacune une vue en pro-

jection des vecteurs directeurs C sur une couche moléculaire smec-

tique chirale dans un état d'alignement en hélice et dans un état

d'alignement parallèle, respectivement.

Des matériaux de cristaux liquides particulièrement adaptés à la présente invention sont les cristaux liquides

smectiques chiraux présentant de la ferroélectricité. En par-

ticulier, des cristaux liquides présentant une phase smectique chirale C (SmC ), G (SmG ), F (SmF ), I (SmI ) ou H (SmH ) sont disponibles. Des détails sur les cristaux liquides ferroélectriques sont décrits par exemple dans "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69) 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letters" 36 (11) 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals"; "Kotai Butsuri (Solid State Physics)" 16 (141) 1981, "Liquid Crystals", etc. Dans la présente invention, des cristaux liquides ferroélectriques décrits dans ces publications peuvent être utilisés.

Des exemples de composés de cristaux liquides ferro-

électriques comprennent le cinnamate de décyloxybenzylidène-p'-

amino-2-méthylbutyle (DOBAMBC), le cinnamate d'hexyloxybenzy-

lidène-p'-amino-2-chloropropyle (HOBACPC), la 4-o-(2-méthyl)-

butylrésorcyltdène-4'-octylaniline (MBRA8),etc. Des catégories tout particulièrement préférées de cristaux liquides smectiques chiraux utilisés dans le dispositif à cristaux liquides selon la présente invention sont celles présentant une phase cholestérique à une température supérieure à la température fournissant une phase smectique. Un exemple de tels cristaux liquides smectiques chiraux est un composé de cristaux liquides du type ester de biphényle présentant des températures de transition de phase

telles qu'indiquées dans un exemple décrit ci-après.

Quand un dispositif est constitué en utilisant ces matériaux, ce dispositif peut être supporté par un bloc de cuivre, etc., dans lequel un radiateur est logé pour réaliser un état de température pour lequel les composés de cristaux liquides prennent

une phase désirée.

La figure 5 représente schématiquement un exemple de cellule à cristaux liquides ferroélectriques pour aider à l'explication de son fonctionnement. Un exemple ou une phase SmC constitue une phase souhaitée est exposé. Les références numériques 51 et 51a désignent des plaques de base (plaque de verre) sur lesquelles une électrode transparente, par exemple en In2o3, SnO2, ITO (oxyde d'indium et d'étain), etc., est déposée, respectivement. Des cristaux liquides de phase SmC dans lesquels les couches moléculaires de cristaux liquides 52 sont alignées perpendiculairement à la surface des plaques de verre sont hermétiquement disposées entre ces plaques. Une ligne en trait gras 53 représente les molécules de cristaux liquides. Les molécules de cristaux liquides 53 forment de façon continue une structure hélicoïdale dans la direction de l'extension des plaques de base. L'angle formé par l'axe central 55 et l'axe d'une molécule de cristaux liquides 53 est exprimé par. Chaque molécule de cristaux liquides 53 a un moment bipolaire (PJ) 54 dans une direction perpendiculaire à son-axe. Quand une tension supérieure à un certain niveau de seuil est appliquée entre les

électrodes formées sur les plaques de base 51 et 51a, une struc-

ture hélicoïdale de la molécule de cristaux liquides 53 est déroulée ou relgchée pour changer la direction d'alignement des molécules de cristaux liquides respectives 53,de sorte que les moments bipolaires (P1) 54 sont tous dirigés dans la direction du champ électrique. Les molécules de cristaux liquides 53 ont une forme allongée et présentent une anisotropie en réfraction entre leur axe long et leur axe court. En conséquence, on comprendra simplement que, quand, par exemple, des polariseurs croisas, c'est-à-dire avec des directions de polarisation orthogonales,

sont disposes sur les surfaces supérieure et inférieure des pla-

ques de verre, la cellule à cristaux liquides ainsi disposée agit comme un dispositif de modulation optique à cristaux liquides dont

les caractéristiques optiques varient selon la polarité de la ten-

sion appliquée.

La couche de cristaux liquides dans le dispositif à

cristaux liquides de la présente invention peut être rendue suf-

fisamment mince (par exemple inférieure à 10 micromètres). Quand

l'épaisseur de la couche de cristaux liquides décrott, la struc-

ture halicotdale des molécules de cristaux liquides est relâchée même en l'absence de champ électrique, d'o il résulte que le moment bipolaire prend l'un ou l'autre de deux états, à savoir un état P dans une direction supérieure 64 ou un état Pa dans une direction inférieure 64a comme cela est représenté en figure 6. La moitié de l'angle entre l'axe moléculaire 63 et l'axe moléculaire 63a est appelée angle d'inclinaison qui est identique à la

moitié de l'angle au sommet du c6ne de la structure hélicoïdale.

Quand un champ électrique E ou Ea supérieur à un certain niveau de seuil, ces deux champs étant de polarité opposée comme cela est représenté en figure 6, est appliqué à une cellule ayant les caractéristiques susmentionnées, le moment bipolaire est dirigé ou bien dans la direction supérieure 64 ou bien dans la direction inférieure 64a selon le vecteur du champ électrique E ou Ea. De façon correspondante, les molécules de cristaux liquides sont orientées ou bien dans un premier état stable 63 ou bien dans un

second état stable 63a.

Quand les cristaux liquides ferroélectriques susmention-

nés sont utilisés comme éléments de modulation optique, il est possible d'obtenir deux avantages comme cela a été brièvement indiqué précédemment. Le premier avantage est que la vitesse de réponse est très rapide. Le second est que l'orientation des

cristaux liquides présente un caractère bistable. Le second avan-

tage sera expliqué davantage en relation avec la figure 6. Quand le champ électrique E est appliqué aux molécules de cristaux liquides, celles-ci sont orientées dans le premier état 63. Cet état est maintenu de façon stable même si le champ électrique est

supprimé.D'autre part, quand le champ électrique Ea dont la direc-

tion est opposée à celle du champ électrique E leur est appliqué, les molécules de cristaux liquides sont orientées vers le second état stable 63a, d'o il résulte que les directions des molécules sont modifiées. Cet état est maintenu stable de façon similaire même si le champ électrique est supprimé. En outre, tant que l'amplitude du champ électrique E ou Ea appliqué n'est pas supérieure à une certainevaleur de seuil, les molécules de cristaux liquides sont placées dans les états d'orientation respectifs. Pour atteindre effectivement une vitesse de réponse élevée et un caractère bistable, il est préférable que l'épaisseur

de la cellule soit aussi faible que possible.

La difficulté la plus grande qui se rencontre pour former un dispositif en utilisant de tels cristaux liquides ferroélectriques a été, comme cela a été brièvement mentionné précédemment, qu'il est difficile de former une cellule présentant un monodomaine très uniforme dans lequel des couches de cristaux liquides ayant une phase SmC sont alignées perpendiculairement aux phases de la plaque de base et les molécules de cristaux liquides sont alignées pratiquement parallèlement aux phases de la

plaque de base.

On connaît d&jà un procédé d'application d'un traitement d'orientation uniaxiale à des surfaces de plaques de base quand une grande surface de cellule à cristaux liquides est produite. Le traitement d'orientation uniaxiale est effectué en frottant les surfaces de la plaque de base avec un velours, un tissu ou un papier dans une seule direction ou par un dépôt en phase vapeur oblique ou incliné de SiO ou SiO2 sur les surfaces de la plaque de base. Cependant, un tel traitement d'orientation uniaxiale, par exemple par frottement ou par dépôt oblique en phase vapeur, a été

considéré comme inapproprié pour des cristaux liquides ferroilec-

triques puisqu'un tel traitement d'orientation en lui-même masque le caractère bistable des cristaux liquides, sur la base duquel une excitation utilisant une caractéristique de mémoire est réalisée. Selon une étude approfondie réalisée par la Demanderesse, il s'est avéré possible de fournir un état bistable spécifique comme cela sera exposé ciaprès en appliquant un traitement d'orientation uniaxiale approprié aux surfaces des plaques de base et en disposant un polariseur dans une direction d'axe spécifique

pour réaliser une excitation utilisant effectivement une carac-

téristique de mémoire.

La figure 1 est une vue schématique illustrant des états d'orientation moléculaire dans un dispositif à cristaux liquides selon la présente invention. La figure 2 est une vue de dessus d'un exemple de cellule à cristaux liquides utilisée selon la présente invention et la figure 3 est une vue en coupe de la

cellule prise selon la ligne III-III de la figure 2.

Comme le représentent les figures 2 et 3, une cellule à.

cristaux liquides 1 comprend une paire de substrats 3a et 3b en verre ou en plastique, respectivement revêtus d'électrodes en forme de bandes 4a et 4b constituées de couches d'ITO (oxyde d'indium et d'étain) d'une épaisseur de 100 nm, elle-même revêtue de couches d'alignement 5a et 5b d'une épaisseur de 1 à 1000 nm, et de préférence de 10 à 500 nm. Entre les couches d'alignement sont disposés des moyens d'espacement en polyimide sous forme de plots de lmicromètre de façon à maintenir constante l'épaisseur de la couche de cristaux liquides 2 sur une grande surface. Les deux substrats susmentionnés, après avoir été soumis à un traitement de frottement, sont fixés l'un à l'autre pour former une cellule dans

laquelle les cristaux liquides sont alors introduits.

Ci-après, un exemple dans lequel un mélange de cristaux liquides du type ester a été utilisé est exposé en relation avec les figures 1 à 3. Les cristaux liquides en mélange de type ester présentaient les températures de transition de phase suivantes déterminées par observation microscopique: Iso (phase isotropique) --- 90 C---> Ch (phase cholestérique) ---75 C--> SmA (phase smectique A) --- 50 C--> SmC --inférieure

0 C--> Cr (phase cristalline).

Quand la couche de cristaux liquides a été formée selon une épaisseur suffisamment importante (environ 100 micromètres), la phase SmCe prenait une structure hélicoldale et le pas était

d'environ 6 micromètres.

Selon la présente invention, pour fournir l'état d'alignement parallèle, il est souhaitable qu'au moins l'une des couches d'alignement 5a et 5b comprenne un film de polymère ayant un terme de polarité ( Ybp) de 2.10-2 N/m ou moins, de préférence 10-2 N/m ou moins, et encore de préférence de 0,7.10-2

N/m ou moins.

Selon les mesures effectuées par la Demanderesse, diver-

ses couches de polymère utilisables comme couches d'alignement présentaient les termes de polarité suivants: Types de couches Termes de polarité (YbP) Polyéthylène 2,6.10-3 N/m alcool de polyvinyle 3,3.10-3 N/m Nylon 12 3,7.10-3 N/m Nylon 11 5,0.103 N/m Nylon 2001 7,2.10-3 N/m Nylon 3001 11,5.103 N/m polyimide(1) 22,6.10-3 N/m (1) La couche de polyimide a été formée par une réaction de déshydrocyclisation à 300 C d'une couche de revêtement d'un acide polyamique qui était un produit de déshydrocondensation de

dianhydride pyromellitique et d'éther de 4-4'-diaminodiphényle.

Les valeurs susmentionnées des termes de polarité sont celles mesurées selon un procédé décrit dans Nippon Settyaku Kyokaishi (Journal of Adhesion Society of Japan) vol. 18, N 3 (1972), pp. 131-141, dans des conditions de température de 20 C et d'humidité relative de 55 %. Les liquides de série B (ne contenant pas de composants à liaison hydrogène ou de composants de

dispersion) étaient 5 espèces d'iodure de méthylène, de titra-

bromoéthane, d'>-bromonaphtalène, de phosphate de tricrésyle et d'hexachlorobutadiène. Les valeurs ci-dessus sont respectivement

une moyenne des valeurs mesurées obtenues avec les cinq liquides.

En outre, la cellule de 100 micromètres d'épaisseur préparée ci-dessus fournissait une polarisation spontanée de

nC (nanocoulombs)/cm2 à 25 C mesurée par le procédé d'applica-

tion d'ondes triangulaires (K. Miyasato et al., Japanese Journal of Applied Physics 22 (10), pp 661-663 (1983), "Direct Method with

Triangular Waves for Measuring Spontaneous Polarization on Ferro-

electric Liquid Crystal"). Il existe une tendance à ce que l'augmentation de champ d'inclinaison dans l'état de mémoire par l'application d'un champ alternatif selon la présente invention puisse être facilement réalisée pour des cristaux liquides ayant une polarisation spontanée relativement importante. Pour cette

raison, des cristaux liquides ferroélectriques ayant une polarisa-

tion spontanée à 25 C de 5 nC/cm2 ou plus, en particulier 10

nC/cm2 - 300 nC/cm2, sont adaptés à la présente invention. Toute-

fois, les valeurs peuvent varier selon les types de couches d'alignement. Le processus de préparation d'une cellule à cristaux liquides ferroélectriques 1 telle que représentée en figures 2 et

3 est fourni ci-apr&s.

D'abord, une structure de cellule 1 contenant les cristaux liquides de type ester de biphenyle susmentionnés est placée dans une enceinte chauffante (non représentée) de sorte que toute la cellule 1 est uniformément chauffée. Quand la cellule 1

est chauffée à une certaine température (environ 95 C) les cris-

taux liquides de la cellule prennent une phase isotrope. La température de l'enceinte chauffante est réduite, d'o il résulte il que les cristaux liquides dans la cellule I sont soumis à un palier de température décroissant. Dans l'étape de décroissance de température, les cristaux liquides dans la phase isotrope sont transformés à environ 90 C en une phase cholestérique ayant une texture de Grandjean et, par suite d'un refroidissement ultérieur, transformés de la phase cholestérique en une phase SmA qui est une phase anisotrope uniaxialement à environ 75 C. A cet instant, les axes des molécules de cristaux liquides dans la phase SmA sont

alignés dans la direction du frottement.

Alors, les cristaux liquides dans la phase SmA sont transformés en une phase SmC par suite d'un refroidissement ultérieur, d'o il résulte qu'un monodomaine de phase SmC de structure non spirale est formé si l'épaisseur de la cellule est

de l'ordre de, par exemple, 3 micromètres ou moins.

La figure 1 est une vue en plan schématique représentant l'état d'orientation des molécules de cristaux liquides telles

qu'observées au-dessus de la face du substrat 15.

Dans la figure, la flèche à deux têtes 10 indique une direction de traitement d'orientation uniaxiale, c'est-à-dire la direction de frottement dans ce mode de réalisation. Dans la phase SmA, les molécules de cristaux liquides sont orientées ou alignées selon une direction moyenne d'axe moléculaire 11 qui coïncide avec la direction de frottement 10. Dans la phase SmC , la direction moyenne d'axe moléculaire des molécules de cristaux liquides est

inclinée vers une direction 12, de sorte que la direction de frot-

tement 10 et la direction moyenne d'axe moléculaire 12 forment un angle e pour fournir un premier état stable d'orientation. Quand une tension est appliquée entre une paire de plaques de base à cette étape, la direction moyenne d'axe moléculaire des molécules de cristaux liquides vers la phase SmC est modifiée vers un angle de saturation supérieur à l'angle 8, o un troisième état d'orientation stable est atteint. La direction moyenne d'axe moléculaire à cet instant est désignée par une référence numérique 13. Quand la tension est alors ramenée à zéro, les molécules de cristaux liquides sont ramenées à la première direction antérieure d'axe moléculaire 12. En conséquence, les molécules de cristaux liquides ont une caractéristique de mémoire dans l'état de la première direction d'axe moléculaire 12. Quand une tension de polarité opposée est appliquée dans l'état de la direction d'axe moléculaire 12 et que la tension est suffisamment élevée, la direction moyenne d'axe moléculaire des molécules de cristaux liquides est décalée et saturée > un quatrième état d'orientation

stable fournissant une direction moyenne d'axe moléculaire 13a.

Ensuite, quand la tension est ramenée à zéro, les molécules de cristaux liquides sont ramenées et établies au second état stable fournissant la direction moyenne d'axe moléculaire 12a. Par suite, quand la direction de polarisation 14 d'un premier polariseur est disposée dans la même direction que la direction d'axe moléculaire 12 formant l'angle 8, le contraste optique entre un état passant et un état bloqué peut être amélioré dans un procédé d'excitation utilisant une orientation entre les premier et second états

stables d'orientation et les caractéristiques de mémoire.

L'angle 0 est détecté sous forme d'une moyenne des orientations des axes moléculaires dans un premier état stable, et une raison pour que l'angle 8 soit inférieur à l'angle peut être attribuée au fait que les molécules de cristaux liquides ne sont pas alignées ou orientées de façon complètement parallèle les unes aux autres dans une couche SmC de sorte que l'orientation moyenne d'axe moléculaire fournit l'angle 8. On considère qu'il est en

principe possible que l'angle e corresponde à l'angle/".

Il est très efficace d'augmenter la valeur de 8 dans le but d'améliorer la transmission d'un dispositif à cristaux liquides. Plus particulièrement, dans un dispositif à cristaux liquides utilisant la biréfringence de cristaux liquides, une transmission avec des polariseurs croisés est déterminée par l'équation suivante: I/Io = sin248.sin2( ndTr/à) (1) o Io désigne l'intensité de la lumière incidente, I l'intensité de la lumière transmise, 8 l'angle d'inclinaison, à n la variation anisotrope d'indice de réfraction, d l'épaisseur de la couche de

cristaux liquides et > la longueur d'onde de la lumière incidente.

L'équation ci-dessus reste vraie dans le cas o un premier axe de polarisation des polariseurs croisés est choisi pour coïncider avec la direction moyenne d'axe moléculaire dans un premier état stable et latransmission est obtenue quand les molécules de cristaux liquides sont réorientées vers l'autre état stable, dans lequel les molécules de cristaux liquides sont alignées de façon complètement parallèle aux faces du substrat. Toutefois, il a également été confirmé que l'équation cidessus reste également vraie dans le cas o les directions d'axe moléculaire fournissant l'angle 8 sont presque parallèles aux faces du substrat. Par suite, la transmission maximale est obtenue pour l'angle

d'inclinaison e = 22,5 .

La mesure susmentionnée de e, 9a et a été effectuée de la façon suivante. Une paire de polariseurs a été disposée en nicols croisés à angle droit de part et d'autre de la cellule de cristaux liquides. Une impulsion positive dépassant la tension de seuil est appliquée aux bornes de la cellule et les polariseurs croisés sont tournés par rapport à la cellule tout en maintenant leur position relative vers une position o l'état le plus sombre de la cellule est atteint. Alors, une impulsion de polarité négative dépassant la tension de seuil est appliquée à la cellule et les polariseurs croisés sont à nouveau tournés jusqu'à ce que l'état le plus

sombre de la cellule soit à nouveau atteint. Les angles de rota-

tion entre les positions fournissant les deux états les plus

sombres ainsi mesurés pour les conditions respectives correspon- dent à deux fois l'angle d'inclinaison 8, Oa et e En outre, les angles

d'inclinaison G et Oa sont ceux de l'état de mémoire, de sorte qu'ils sont mesurés après suppression des tensions en impulsions. D'autre part, l'angle d'inclinaison est mesuré alors

que les tensions en impulsions sont appliquées. Des exemples par-

ticuliers de mesures réelles sont exposés ci-après.

EXEMPLE 1

Deux cellules ayant une épaisseur d de l,1jum et 1,8pm, respectivement, ont été préparées en utilisant-une couche de polyimide ayant un terme de polarité ( YbP) de 10-3 N/m pour les deux couches d'alignement 5a et 5b. Les angles d'inclinaison e ont été respectivement mesurés à 8,0 et 7,50 et sont tous deux en dessous de la valeur optimale. Alors, deux polarités d'impulsions, respectivement de 50 volts continus ont été appliquées aux cellules (d = 1,1lum et d = 1,8pum), d'o il résulte que l'angle d'inclinaison a été respectivement mesuré commentant de 23,1 et de 24,0 , ce qui est proche de la valeur optimale. En outre, une commutation entre les-états bistables a

été effectuée en utilisant diverses amplitudes d'impulsions de ten-

sion en combinaison avec diverses durées d'impulsions pour les deux

cellules, d'o il résulte que les tensions de commutation suivan-

tes ont été obtenues.

Tableau 1

| Durée d'impulsion (ms) | 1,5 I 1,0 | 0,5 |

L I I I I

I l I I I | d= 1,1 9um) | 10,1 V I 10,1 V 10,1 V I

L I I I I

I I I i I I d=1,8,.>m) I 14,0V I 14,0V I 14,0V I

L I I I I

En outre, diverses tensions alternatives dans les gammes de 10 à 150 V et de 20 à 100 Hz ont été appliquées aux cellules et, après enlèvement des tensions, l'angle d'inclinaison ea entre les états bistables et les caractéristiques de durée d'impulsion en fonction de la tension pour une commutation entre les états

bistables ont à nouveau été examinés.

Quand les tensions alternatives ont été appliquées pen-

dant 10 secondes, les résultats suivants ont été obtenus. La gamme de fréquences effectives pour augmenter l'angle d'inclinaison e était de 30 à 40 Hz et aucune différence notable d'efficacité n'a été observée dans cette gamme. Pour la fréquence de 40 Hz, aucune différence notable d'angle d'inclinaison ea n'a été observée dans la gamme de 10 à 50 V, tandis que dans la gamme de 50 à 60 V, les domaines de ea = 21,0 et ea = 18,8 ont commencé à apparaître pour toute l'épaisseur de d = l,l1um et d = 1,8/ m, respectivement. En outre, dans la gamme de 60 à 150 V, les domaines se développaient

complètement pour fournir un très bon contraste. Toutefois, au-

delà de 150 V, les monodomaines étaient distordus et d'autres défauts

étaient également observés.

Les tensions de commutation après application des ten- sions de 60 a 150 V étaient telles que montrées dans la tableau 2 suivant pour une commutation entre les états bistables donnant

l'angle d'inclinaison Sa.

Tableau 2

| Durée d'impulsion (ms) I 1,5 I 1,0 | 0,5 |

L I I I I

I I I I I

| d = 1,1 um) I 14,6 V I 16,1 V I 18,6 V I l _ I I I I

I I I II

I d = 1,8 Hum) I 16,9V I 17,4V I 21,1 V 1

L I I I I

Comme cela est clair à partir du tableau 2 ci-dessus en

comparaison du tableau 1, l'état d'alignement parallèle four-

nissant l'angle d'inclinaison ea nécessitait des tensions de com-

mutation plus élevées que dans l'état bistable avant l'application de la tension alternative. On considère que ceci est dû au fait que l'angle d'inclinaison Oa s'approchait de t, de sorte qu'il etait nécessaire d'appliquer de l'énergie pour inverser également les molécules de cristaux liquides au voisinage des couches d'alignement pour éviter une augmentation inévitable de tension

d'excitation pour la commutation.

La transmission fournie par l'angle d'inclinaison ea après application de la tension alternative augmentait à 14 % pour une épaisseur de cellule de d = l,lpum et à 19 % pour d = 1,8 /um,

ce qui était près de trois fois les valeurs obtenues avant appli-

cation de tension alternative.

EXEMPLE 2

Le processus de l'exemple 1 a été répété sauf que des couches de polyvinyle ayant un terme de polarité YbP de 3,3,10-3 N/m ont été utilisées au lieu des couches de polyimide sur des substrats de verre et une épaisseur de cellule de d = 1,5/um a été adoptée. Des résultats fondamentalement similaires ont été obtenus comme cela est indiqué ciaprès. Tension alternative effective: 45-70 V, 30-70 Hz Durée d'application alternative: 5 -20 secondes Angle d'inclinaison: Avant application de tension alternative: 0 = 7,8 Pendant application de tension continue: 0 = 22,8

Apres application de tension alternative: ea = 21,6 .

Les tensions de commutation étaient telles que présen-

tées dans le tableau 3 suivant:

Tableau 3

| Durée d'impulsion (ms) | 1,5 I 1,0 I 0,5 I

L I.I I I

I I I I I

| Tension (V)! 16,2 I 17,0 I 21,4 I

L I I! I

La transmission était de 6 Z avant application de la tension alternative et de 18 %, c'est-à-dire trois fois plus après

cette application.

EXEMPLE 3

Comme cela a été décrit précédemment, une phase de cristaux liquides ferroélectriques présentant un caractère bistable est généralement produite par l'intermédiaire d'une diminution de

température à partir d'une autre phase à température plus élevée.

Dans cet exemple, les cellules utilisées dans les exemples 1 et 2 ont été refroidies tout en leur appliquant un champ électrique alternatif de 40 V à 50 Hz, d'o il résulte que des monodomaines uniformes d'états d'alignement parallèles ont été réalisés sur une

grande surface.

EXEMPLE 4

Une cellule qui a été transformée à l'état d'alignement

parallèle fournissant un contraste élevé par suite de l'applica-

tion d'un champ électrique alternatif peut revenir à un état ini-

tial à contraste faible après plusieurs jours. En conséquence, quand une cellule à cristaux liquides ferroélectriques à l'état d'alignement parallèle fournissant un angle d'inclinaison ea est utilisée pour un dispositif d'affichage, il est nécessaire et efficace d'appliquer une tension alternative à la cellule avant son utilisation ou bien quand le contraste diminue pendant l'utilisation. La figure 4 est un schéma destiné à représenter un circuit périphérique pour l'application susmentionnée de tension alternative. Comme le représente la figure 4, des électrodes transparentes 41 et 42 formées sur une paire de substrats de verre

pour prendre en sandwich des cristaux liquides sont disposées per-

pendiculairement les unes aux autres pour former des éléments d'images sous forme matricielle. Ces électrodes 41 et 42 sont connectées à des circuits d'excitation 43 et 44, respectivement,

pour leur appliquer des tensions. Un générateur de tension alter-

native 45 est disposé pour pouvoir être connecté sélectivement aux

électrodes 42.

Plus particulièrement, le circuit d'excitation 42 et le générateur de tension alternative 45 sont connectés aux électrodes

transparentes par l'intermédiaire de commutateurs à deux voies 46.

Quand les commutateurs 46 sont fermés sur le-circuit d'excitation 44, des signaux d'affichage d'image sont fournis aux électrodes

42, tandis que, quand les commutateurs sont fermés sur le généra-

teur de tension alternative 45, une tension alternative est simultanément appliquée à toutes les électrodes 42. De cette façon, les cristaux liquides ferroélectriques sont maintenus dans l'état d'alignement fournissant l'angle d'inclinaison 6a selon la

présente invention.

D'autre part, le circuit d'excitation 43 fournit une ten-

sion constante de par exemple 0 volt à toutes les électrodes 41.

EXEMPLE 5

La figure 7 représente un autre exemple de circuit d'application de tension alternative. Les références numériques 71 et 72 désignent respectivement des électrodes transparentes disposées mutuellement à angle droit pour former des éléments d'image matriciels et formées sur une paire de substrats de verre prenant en sandwich des cristaux liquides. Les références 73 et 74 désignent respectivement des circuits d'excitation pour appliquer des tensions aux électrodes et la référence 75 un g&nérateur de

tension alternative.

Des commutateurs 76, 77, 78, 79 sont sélectivement fermés (ON) et ouverts (OFF), de la façon requise pour appliquer la tension alternative. Quand les éléments d'image sont commandés d'une façon souhaitée, les commutateurs 76 et 77 sont fermés et

les commutateurs 78 et 79 sont ouverts.

Quand un champ électrique alternatif est appliqué pour réaliser l'état d'alignement parallèle, les commutateurs 76 et 77

sont ouverts et les commutateurs 78 et 79 sont fermés. Les com-

mutateurs 76 et 77 sont ouverts pour protéger les circuits d'exci-

tation 73 et 74. La figure 8 représente un exemple de circuit pour

une ligne d'électrodes 71. De façon générale, la tension de main-

tien d'un transistor est de l'ordre de grandeur d'une tension d'excitation. Toutefois, la tension alternative appliquée par une

ligne 80 doit être supérieure à une tension d'excitation ordi-

naire. Pour cette raison, de façon à ne pas appliquer une charge qui dépasse la tension de maintien des transistors 81a et 81b, les alimentations vers les circuits d'excitation 73 et 74 sont déconnectées au moyen d'un premier commutateur 76a parmi les commutateurs 76, d'o il résulte que les circuits d'excitation 73

et 74 sont prot&gés.

EXEMPLE 6

L'appareil à cristaux liquides utilisé dans l'exemple 5 nécessite un mécanisme de commutation plutôt complexe. Dans cet exemple, pour réduire le nombre de commutateurs, une structure

d'électrodes à deux couches est adopt&e.

Une vue en coupe de cet agencement est représentée en figure 9, dans laquelle les réf&rences 90a et 90b désignent des substrats transparents tels que des plaques de verre, 91a et 91b des électrodes matricielles, et 92a et 92b des électrodes de

surface totale recouvrant toute la surface de l'image. Les élec-

trodes de surface totale 92a et 92b sont isolées des électrodes

matricielles 91a et 91b par des couches isolantes 93a et 93b.

L'agencement de circuit d'un dispositif à cristaux liquides ayant la structure d'électrodes à deux couches est représenté en figure 10. Les électrodes de surface totale 92a et 92b sont disposées de façon à prendre en sandwich les électrodes matricielles 108 (combinaison de 91a et 91b). Comme dans l'exemple 5, à l'instant de l'excitation, une alimentation alternative 102 est coupée et

des commutateurs 103 et 104 sont fermés. A l'instant de l'applica-

tion de la tension alternative, les commutateurs 103 et 104 sont

ouverts et l'alimentation alternative 102 est appliquée. Les com-

mutateurs 103 et 104 ont pour fonction de protéger les circuits d'excitation 105 et 106 d'un endommagement électrique et ont également pour fonction de laisser flotter électriquement les électrodes matricielles internes 108 pour appliquer effectivement un champ alternatif fourni à partir des électrodes de surface totale 92a et 92b à l'extérieur des électrodes matricielles vers

la couche de cristaux liquides SmC interne.

La figure 11 représente un circuit d'excitation pour une ligne utilisée dans cet exemple. Pour que le champ électrique appliqué à partir des électrodes de surface totale 92a et 92b à l'extérieur des électrodes matricielles 108 soit effectivement appliqué à la couche de cristaux liquides, il est nécessaire de

connecter les électrodes matricielles 108 à un commutateur 104a.

Selon cet exemple, le circuit d'excitation correspondant au nombre de lignes peut être déconnecté de la masse en même temps que l'on coupe le commutateur 104a de sorte que le mécanisme de

*commutation peut être simplifié.

EXEMPLE 7

Dans le dispositif illustré en figure 12, des circuits d'excitation 121 et 122 peuvent être complètement isolés des électrodes matricielles 126 par des commutateurs 123 et 124, de sorte que les électrodes matricielles sont complètement flottantes électriquement à l'instant de l'application d'une tension aux électrodes de surface totale. D'autre part, à l'instant de

l'excitation, le circuit alternatif 127 est coupé. Avec cet agen-

cement de circuit, les circuits d'excitation peuvent être protégés d'un endommagement électrique quand l'application d'une tension

alternative élevée est requise.

EXEMPLES 8 à 1l Les conditions de l'exemple I ont été sensiblement reproduites, mais les couches de polyimide sur les substrats de verre ont été respectivement remplacées par des couches de polyéthylène (exemple 8), des couches de Nylon 12 (exemple 9), des couches de Nylon Il (exemple 10) et des couches de polyimide (exemple 11), et l'épaisseur d de la cellule a été choisie à 1,5,um. Les angles d'inclinaison étaient ea pour les cellules respectives après application d'une tension alternative de 70 V à Hz pendant 20 secondes. Les résultats sont résumés dans le tableau suivant: Exemple Couche d'alignement (<bP) Angle d'inclinaison ea 8 Polyéthylène (2,6.10-3 N/m) 20,00 9 Nylon 2 (3,7) 18,5 Nylon 11 (5,0 ") 18,0 11 Polyimide (22,6 ") 8 En outre, dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, il est prévu un appareil à cristaux liquides comprenant:un dispositif à cristaux liquides comprenant des électrodes matricielles incluant des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information espacées les unes par rapport aux autres et se croisant, et un matériau de cristaux liquides ferro&lectriques disposé entre les électrodes matricielles; un circuit d'excitation de cristaux liquides du côté du signal d'analyse et ses circuits périphériques comprenant un circuit de mémoire et un circuit de registre à décalage; et un circuit d'excitation de cristaux liquides du côté du signal d'information et des circuits périphériques comprenant un circuit de mémoire et un circuit de registre à décalage; dans lequel les circuits d'excitation de cristaux liquides, les circuits de mémoire et les

circuits de registre à décalage ont respectivement la même struc-

ture du c8té du signal d'analyse et du côté du signal d'informa-

tion; et une tension alternative est simultanément appliquée à tous les éléments d'images à partir de l'un au moins des circuits d'excitation. Dans ce mode de réalisation, la tension alternative pour un alignement parallèle est fournie sous forme d'une combinaison de signaux en provenance du circuit d'excitation du côté du signal

d'analyse et du circuit d'excitation du côté du signal d'informa-

tion, ayant la même amplitude et la même fréquence et des phases

inverses. Après l'application de la tension alternative pour obte-

nir un alignement parallèle, des signaux d'affichage correspondant

à des signaux d'image donnés sont appliqués.

Dans ce mode de réalisation, les transistors de l'étage de sortie constituant le circuit d'excitation du côté du signal

d'analyse et le circuit d'excitation du côté du signal d'informa-

tion présentent la même tension de maintien qui est égale ou

supérieure à l'amplitude de la tension alternative pour un aligne-

ment parallèle.

Il est nécessaire que la tension alternative pour un alignement parallèle soit telle que les molécules de cristaux liquides puissent provoquer une commutation entre des états

bistables tout en répondant suffisamment à cette tension.

L'amplitude de la tension dépend en conséquence fortement des

types de matériau de cristaux liquides et de la couche d'aligne-

ment et de la fréquence utilisées, et peut être réglée au même ordre de grandeur que l'amplitude des tensions en impulsions pour

la commutation.

Les circuits d'excitation et leurs circuits périphéri-

ques pour un dispositif à cristaux liquides en agencement matri-

ciel sont rendus symétriques. En d'autres termes, les éléments dits verticaux et les éléments dits horizontaux de ces circuits sont fabriqués de la même façon. Avec cet agencement, un premier ensemble de ces éléments peut être utilisé pour les lignes de signal d'analyse et les autres peuvent être utilisés pour les lignes de signal d'information par une simple commutation, de sorte que l'écriture verticale et l'écriture horizontale peuvent

être commutées simplement. En outre, en connectant de façon simi-

laire deux circuits d'excitation aux alimentations d'excitation, il est possible d'appliquer une tension alternative d'alignement parallèle à partir de la source d'alimentation d'excitation avant

les impulsions d'écriture.

Ce mode de réalisation va être expliqué en relation avec

les figures.

La figure 14 représente un agencement d'électrodes pour un affichage matriciel comprenant des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information formant des éléments d'image à des croisements respectifs, et un exemple d'affichage formé au

niveau des éléments d'image.

En figure 14, les références S1 à S5 désignent des lignes de signal d'analyse et Il à 15 désignent des lignes de signal d'affichage. On suppose que les éléments d'affichage hachur&s correspondent à un état d'&criture "noir" et que les éléments d'affichage vierges correspondent à un état d'écriture "blanc". La figure 13, sp&cifique à la durée d'application de signal d'affichage, présente un tableau temporel pour former un état d'affichage représenté en figure 14 selon un mode d'écriture séquentiel par ligne dans lequel les lignes de signal d'analyse S1 à S5 sont balay&es siquentiellement par ligne et les colonnes de la ligne de signal d'information Il et 12 sont alternativement inscrites en "blanc" et "noir". En figure 13, AT désigne une durée d'impulsion, et on suppose qu'un champ électrique positif est utilise pour écrire du "blanc" et qu'un champ électrique n&gatif est utilisé pour écrire du "noir". On suppose également que les

impulsions d'écriture ont des durées d'impulsionsaT et des ampli-

tudes de + ou - 3Vo, dépassant le seuil.

Plus particulièrement, la figure 13 correspond à un pro-

cessus dans lequel des éléments d'image sur une ligne de signal d'analyse sont d'abord &crits en "blanc" et les éléments d'image choisis sur la ligne d'analyse sont ensuite écrits en "noir"

(effacement de ligne - écriture de ligne) et le signal d'informa-

tion comprend un signal d'écriture et un signal auxiliaire lui

faisant suite pour empêcher une diaphonie provoquée par le main-

tien de la même polarité de signaux.

Immédiatement après l'alimentation des circuits d'exci-

tation, comme cela est représenté pendant la durée d'application de tension alternative en figure 13, les tensions alternatives d'alignement parallèle sont simultanément appliquées à toutes les lignes de signal d'analyse et les lignes de signal d'information

avec les mêmes amplitudes de tension V', au moyen d'ondes rec-

tangulaires de même fréquence mais en opposition de phase. Par suite, une tension alternative rectangulaire d'amplitude 2V' est

appliquée aux bornes des substrats.

La tension alternative d'alignement parallèle est destinée à faire passer les molécules de cristaux liquides de l'état en hélice à l'état parallèle, et l'amplitude et la durée d'impulsion de cette tension peuvent être choisies à des valeurs

qui dépassent respectivement celles des impulsions d'écriture.

Dans cet exemple, des impulsions d'écriture de 1 ms et 10 V ont été utilisées, tandis qu'une tension alternative rectangulaire de Hz et d'environ 20 V (crête à crête) a été appliquée pendant

plusieurs secondes pour atteindre l'état d'alignement parallèle.

Le matériau de cristaux liquides utilisé ici était une composition de cristaux liquides ferroélectriques comprenant comme composants principaux l'ester de p'-(2-méthylbutyloxy)phényle de

l'acide p-n-octyloxybenzolque et l'ester de p'-(2-méthylbutyl-

oxy)phényle de l'acide p-n-nonyloxybenzolque. La cellule à

cristaux liquides a été préparée en prévoyant une couche d'aligne-

ment d'alcool de polyvinyle (PVA) sur un ensemble d'électrodes en ITO sur une paire de substrats de verre, suivie d'un frottement, et par fixation pour fournir une épaisseur de cellule d'environ 1,5/um. Entre les électrodes transparentes et les

couches d'alignement, des couches de SiO2 peuvent être insérées.

La figure 15 représente un agencement de circuit pour un appareil à cristaux liquides selon la présente invention. En figure 15, on utilise le même agencement de circuit à la fois du côté du signal d'analyse et du côté du signal d'information, dans lequel la référence numérique 156 désigne un panneau matriciel à cristaux liquides, la référence 157 un circuit d'excitation du côté du signal d'information, la référence 158 un circuit d'excitation du côté du signal dcanalyseles références 159 et des circuits de mémorisation, les références 151 et 152 des circuits de registre à décalage, la référence 153 une alimentation d'excitation, la référence 154 un circuit de commande de tension d'excitation et la référence 155 une interface (I/F). En fonctionnement, quand un commutateur principal (non représenté) est d'abord fermé, une tension alternative Vs' est

appliquée à toutes les électrodes d'analyse et une tension alter-

native VI' en opposition de phase par rapport à VS' est appliquée à toutes les électrodes de signal d'information, respectivement,

pendant une durée d'impulsion AT', de sorte qu'une tension alter-

native rectangulaire VAC Z VS, + VIt (crête a crête) est appliquée

aux bornes des substrats supérieurs et inférieurs en tant que ten-

sion alternative d'alignement parallèle. Après application de cette tension pendant une durée prescrite pour transformer les molécules de cristaux liquides à un état d'alignement parallèle, des tensions de signal d'excitation d'affichage, c'est-à-dire une tension de signal d'analyse 3V0 et -2VO et une tension de signal d'information +V0 ayant toutes deux une durée d'impulsion AT sont établies par une tension de commande d'excitation 154, et une excitation multiplexée est initialisée en fonction des signaux

d'entrée DH.

En outre, une commutation entre l'écriture horizontale et l'écriture verticale peut facilement être réalisée en modifiant les commutateurs SW 16 à 18 en fonction d'un signal de commutation H/V 160 pour échanger le côté de signal d'analyse et le côté de

signal d'information.

La figure 16 représente une structure de circuit à l'étage final du circuit d'excitation 157 ou 158 représenté en figure 15. Trl et Tr2 désignent des transistors de l'étage de sortie. En relation avec la forme d'onde d'excitation représentée en figure 13, on voit que les tensions de maintien Vc des deux transistors de l'étage de sortie sont choisies de façon égale pour satisfaire la relation suivante: Vc >V'(Vs', VI') > V0 En outre, en choisissant de façon appropriée le matériau de cristaux liquides, le type de couche d'alignement et la fréquence de la tension alternative d'alignement parallèle, il est possible dans ce mode de réalisation de satisfaire la relation suivante:

Vc >V'^ V0.

De toute manière, comme les deux circuits d'excitation

157 et 158 sont tous deux connectés de façon égale à l'alimenta-

tion d'excitation 153, une tension alternative d'alignement

parallèle ayant une amplitude et une durée d'impulsion égales ou su-

périeures à celles des impulsions d'écriture telles que représentées en figure 13 peut être appliquée entre des bornes V+ et V- représentées en figure 16 avant l'entrée d'un signal

d'affichage DH' représenté en figure 16 pour réaliser un aligne-

ment parallèle des cristaux liquides.

Selon un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, il est prévu un appareil à cristaux liquides comprenant: un dispositif à cristaux liquides comprenant des électrodes matricielles incluant des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information espacées les unes des autres et se coupant, et un matériau de cristaux liquides disposé entre les électrodes matricielles, chaque croisement des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information en combinaison

avec le matériau de cristaux liquides disposé entre elles consti-

tuant un élément d'image, un circuit d'excitation du côté du signal d'analyse, et un circuit d'excitation du côté du signal d'information; cet appareil à cristaux liquides étant constitué de sorte qu'une tension alternative soit appliquée à tous les éléments d'image avant d'appliquer des signaux d'affichage selon

un processus d'excitation multiplex.

Dans ce mode de réalisation, l'application des signaux

d'affichage et l'application d'une tension alternative d'aligne-

ment parallèle sont commandées par un circuit d'alimentation d'excitation commun. L'application de la tension alternative pour un alignement parallèle peut être effectuée en choisissant l'un ou

l'autre de deux procédés dont l'un comprend l'application de ten-

sion alternative de l'un ou l'autre des circuits d'excitation du côté du signal d'analyse et du côté du signal d'information, et la mise à la masse de l'autre côté des lignes de signaux toutes ensemble pendant la durée d'application de tension alternative, et dont l'autre comprend l'application de tensions alternatives en opposition de phase à partir du circuit d'excitation du côté du

signal d'analyse et du côté du signal d'information.

La tension alternative d'alignement parallèle peut par

exemple avoir une forme d'onde rectangulaire de polarités alter-

nies dont l'amplitude de tension peut être choisie à une valeur

supérieure à la tension des signaux d'affichage requis pour com-

muter les cristaux liquides dans l'état d'alignement parallèle.

Ainsi, selon ce mode de réalisation, les circuits d'excitation de cristaux liquides connectés chacun au côté du signal d'analyse et au côté du signal d'information sont reliés à un circuit d'alimentation d'excitation commun et les tensions de

signal d'affichage et la tension alternative d'alignement paral-

lèle sont appliquées à partir du circuit d'alimentation d'excita-

tion. Plus particulièrement, avant les signaux d'affichage

utilisant une excitation multiplex, une tension alternative, cons-

tituée par exemple d'impulsions rectangulaires ayant une amplitude et une durée désirées est appliquée pour placer au préalable les cristaux liquides dans un état d'alignement parallèle et ensuite

l'excitation des cristaux liquides pour un affichage est initia-

lisée.

La figure 17 représente un exemple d'appareil à cristaux

liquides pour fournir des tensions de signal telles que reprisen-

tées en figure 18.

En figure 17, la référence 171 désigne une interface (I/F), 175 un circuit de registre à décalage (S/R), 176 un circuit de mémoire, 177 un circuit d'excitation du côté signal d'information, 178 un circuit d'excitation du côté signal d'analyse, et 179 un panneau matriciel à cristaux liquides. Un circuit d'alimentation d'excitation 170 comprend une alimentationd'excitation 170a et un

circuit de commande de tension 170b.

En fonctionnement, quand un commutateur principal (non

représenté) est d'abord fermé, des tensions alternatives d'aligne-

ment parallèle ayant des amplitudes Vs' et VI' et une durée d'impulsion LST' sont appliquées en opposition de phase à toutes les électrodes d'analyse et électrodes de signal d'information, respectivement, de sorte qu'une tension alternative rectangulaire, VAC (crête à crête) = VS' + VI', est appliquée aux bornes des

substrats supérieur et inférieur. Après application de cette ten-

sion alternative pendant une durée prescrite pour transformer les molécules de cristaux liquides en un état d'alignement parallèle, des tensions de signal d'excitation d'affichage, c'est-à-dire une tension de signal d'analyse 3V0 et -2V0 et une tension de signal d'information +V0 ayant toutes deux une durée d'impulsion AT, sont établies par un circuit de commande de tension d'excitation 154 et une excitation multiplex est initialisée. Les amplitudes VS' et VI' et la durée d'impulsion AT' de la tension alternative pour un alignement parallèle sont supérieures à l'amplitude 3Vo, à V0 et à la durée d'impulsion AT, respectivement, des impulsions d'écriture. La figure 19 représente une structure de circuit à l'étage final du circuit d'excitation 177 ou 178 représenté en

figure 17. Trl et Tr2 désignent des transistors d'étage de sortie.

Les tensions de maintien des deux transistors sont choisies de

façon égale, de sorte que la tension de maintien VSC dans le cir-

cuit d'excitation du côte signal d'analyse 178 satisfait la con-

dition Vsc> VS' et que la tension de maintien VIC dans le circuit d'excitation du côté signal d'information satisfait à la relation

VIc>VI', ceci en se référant à la figure 17.

En outre, quand la tension alternative pour un aligne-

ment parallèle est appliquée de l'un ou l'autre du circuit d'excitation du côté signal d'analyse 178 et du circuit d'excitation du côté signal d'information 179, les conditions suivantes peuvent être établies:

VSC > 1/2VAC, VIC > VO,

et les électrodes du côté signal d'information sont mises à la masse pendant cette durée pour appliquer la tension alternative d'alignement parallèle, par exemple quand la tension alternative

est fournie à partir des électrodes du côté du signal d'analyse.

De cette façon, une tension alternative d'alignement parallèle qui est un peu inférieure aux tensions de maintien VSC et VIC des transistors de l'étage de sortie Trl et Tr2 représentés

en figure 19 peut être appliquée entre les bornes V+ et V- repré-

sentées en figure 17 a partir du circuit d'alimentation dtexcita-

tion 170 avant l'excitation multiplex utilisant un signal d'affichage DH représenté dans la figure, pour réaliser ainsi

l'alignement parallèle des cristaux liquides à l'avance.

Dans ce mode de réalisation, une alimentation d'excita-

tion pour fournir des signaux d'affichage et une alimentation pour

fournir une tension alternative d'alignement parallèle sont ren-

dues communes. Toutefois, comme cela est représenté en figure 20, des alimentations séparées peuvent être prévues en combinaison avec un commutateur à deux voies approprié 201, de sorte qu'une alimentation alternative 170c est connectée quand le commutateur principal est fermé, et le commutateur 201 est commuté vers

l'alimentation d'excitation 170a après une durée prescrite.

La tension alternative d'alignement parallèle peut Etre établie à une valeur qui dépasse la tension de seuil des cristaux liquides ferroélectriques utilisés, de préférence choisie dans la gamme de 10 à 500 V, plus particulièrement de 20 à 500 V, en terme de tension crête à crête, et sa fréquence peut être de 0,1 hertz ou plus, de préférence dans la gamme de 20 hertz à 5 Khertz. La durée d'application peut être de 1 s à lOmin, de préférence 5s à min. La tension alternative peut comprendre des impulsions

continues ou intermittentes.

Plus particulièrement, la durée d'impulsion de la ten-

sion en impulsions utilisée dans l'opération d'application de tension en impulsion susmentionnée peut, de façon appropriée, être dans la gamme de l,/us à 10 ms, plus particulièrement de 10s à 1 ms. En outre, l'écart entre impulsions peut de façon appropriée être dans la gamme de 1 à 100 fois, plus particulièrement de 2 à

fois, la durée d'impulsion.

La tension alternative d'alignement d'impulsions a été exposée avec des signaux de tension alternative plutôt simples mais peut comprendre des composantes positives et négatives de formes non symétriques, c'est-àdire d'amplitudes distinctes et des durées d'impulsions différentes entre les composantes ou

impulsions positives et négatives.

On va encore décrire la structure microscopique interne d'une couche de cristaux liquides ferroélectriques smectiques chiraux. La figure 21 est une vue schématique d'une coupe prise

selon une couche moléculaire smectique s'étendant perpendiculai-

rement aux substrats d'une cellule à cristaux liquides dans laquelle les structures spirales ont ét4 relâchées pour établir un

état à caractère bistable dans un alignement en hélice, et repré-

sente l'agencement des vecteurs directeurs C (axes moléculaires) 211 et des polarisations spontanées correspondantes 212. Les cercles les plus supérieurs qui correspondent à la projection d'un cône de cristaux liquides sur la couche moléculaire smectique représentent les états au voisinage du substrat supérieur, alors que les cercles les plus inférieurs représentent les états au voisinage du substrat inférieur. Comme le représente la figure 21, l'état en (a) fournit une polarisation spontanée moyenne 213a dirigée vers le bas et l'état en (b) fournit une polarisation

spontanée moyenne 213b dirigée vers le haut. Par suite, en appli-

quant des directions différentes de champ électrique à la couche de cristaux liquides, une commutation entre les états (a) et (b)

est provoquée.

La figure 22 est une vue schématique en coupe correspon-

dant à la figure 21 d'une cellule à cristaux liquides qui est dans un état d'alignement parallèle idéal dans lequel aucun enroulement en hélice des vecteurs directeurs C 211 sur l'épaisseur de la cellule de cristaux liquides n'est impliqué. La polarisation spontanée 211 est dirigée vers le haut dans l'état (a) et vers le

bas dans l'état (b).

Dans un but de généralisation, le cas o les vecteurs directeurs C sont quelque peu inclinés par rapport aux faces des

substrats est représenté dans les figures.

Comme cela a été décrit précédemment, selon la présente invention, un champ électrique alternatif intense est appliqué à une cellule à cristaux liquides ferroélectriques dans un état à caractère bistable, d'o il résulte que l'angle d'inclinaison dans l'état à caractère bistable après suppression du champ électrique

alternatif est augmenté pour accroître le contraste de la cellule.

Egalement, en refroidissant la cellule tandis qu'on applique le champ électrique alternatif intense pour établir un état à caractère bistable, un état à angle d'inclinaison important est obtenu de façon plus uniforme. En outre, en prévoyant un appareil à cristaux liquides ferroélectriques avec un circuit d'application de champ électrique alternatif intense qui peut être appliqué à l'appareil en cours d'utilisation, un appareil qui peut prendre un état à angle d'inclinaison important comme on le souhaite peut être obtenu, de sorte que l'appareil d'affichage ou un dispositif d'obturation présentant une bonne transmission de lumière et un fort contraste et présentant également une caractéristique de réponse à haute vitesse, une densité d'élément d'image importante

et une grande surface peut être réalisé.

Claims (32)

REVENDICATIONS

1. Dispositif R cristaux liquides ferroélectriques,

caractérisé en ce qu'il comprend une paire de substrats munis cha-

cun d'une électrode, et une couche de cristaux liquides ferroélec-

triques disposée entre les substrats selon une épaisseur qui est suffisamment mince pour relâcher la structure spirale des cristaux liquides ferroélectriques, dans lequel les cristaux liquides ferroélectriques fournissent deux directions moyennes d'axes moléculaires formant un angle 20 entre elles, chaque direction moyenne d'axe moléculaire correspondant R l'un des deux états d'orientation stable des cristaux liquides ferroélectriques; les cristaux liquides ferroélectriques fournissent deux directions

moyennes d'axes moléculaires formant un angle 20quand des ten-

sions dépassant la tension de seuil des cristaux liquides ferro-

électriques sont appliquées aux cristaux liquides ferroélec-

triques, et les cristaux liquides ferroélectriques fournissent deux directions moléculaires moyennes formant un angle 2ea entre elles après application d'un champ électrique alternatif aux

cristaux liquides ferroélectriques et suppression du champ élec-

trique; les angles 0, et 8a satisfont R la relation: O<0aa,&

2. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée entre la paire d'électrodes respectivement formées

sur la paire de substrats.

3. Dispositif R cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative

dépasse la tension de seuil des cristaux liquides ferroélec-

triques.

4. Dispositif R cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative a une tension de 10 V ou plus, par exemple de 10 R 500 Vet une

fréquence de 0,1 Hz ou plus, par exemple de 20 Hz R 5 kHz.

5. Dispositif R cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée avant l'application des tensions d'excitation

appliquées entre la paire d'électrodes.

6. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée pendant et après l'interruption de l'application des

tensions d'excitation appliquées entre la paire d'électrodes.

7. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée pendant le refroidissement des cristaux liquides

ferroélectriques à partir d'une phase de température plus élevée.

8. Dispositif à cristaux liquides ferroëlectriques selon la revendication 1, caractéris& en ce que les cristaux liquides ferroélectriques pr&sentent une polarisation spontanée de 5 nC/cm2, de préférence de 10 à 300 nC/cm2 à 25 C, la mesure &tant

effectuée selon le procédé d'application d'ondes triangulaires.

9. Dispositif à cristaux liquides ferroilectriques comprenant une paire de substrats munis chacun d'une &lectrode, et une couche de cristaux liquides ferro&lectriques disposée entre les substrats selon une épaisseur qui est suffisamment mince pour

relâcher la structure spirale des cristaux liquides ferroélectri-

ques, caract&risé en ce que les cristaux liquides ferroélectriques sont placés dans un état bistable secondaire fournissant un angle 2ea, cet angle 2ea satisfaisant à la relation: 28 4 28a 2

o 20 est l'angle formé entre deux directions moyennes d'axes molé-

culaires des cristaux liquides ferroélectriques correspondant chacune à l'un des deux états stables des cristaux liquides ferroilectriques obtenus en l'absence de champ: électrique; 28a est l'angle formé entre deux directions moyennes d'axes moléculaires correspondant chacune à l'un de deux états quasi stables des cristaux liquides ferroélectriques obtenus apr&s application d'une tension alternative aux cristaux liquides ferroélectriques et suppression du champ électrique; et 2 "est l'angle formé entre deux directions moyennes d'axeS moléculaires oerrespondantchacune à l'un des deux états extrêmes obtenus quand des tensions dépassant la tension de seuil des cristaux liquides ferroélectriques sont

appliquées aux cristaux liquides ferroélectriques.

10. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon l'une des revendications 1 ou 9, caractérisé en ce qu'au

moins l'un de la paire de substrats est muni d'un film d'alignement.

11. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon la revendication 10, caractérisé en ce que le film d'aligne-

ment a un terme de polarité (y) de 20, de 10 ou de 7.10-3

N/m, ou moins.

12. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon la revendication 10, caractérisé en ce que le film d'aligne-

ment comprend un polyimide, de l'alcool de polyvinyles du poly-

éthylène ou du Nylon.

13. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon la revendication 11, caractérisé en ce que le film d'aligne-

ment comprend du Nylon 12, du Nylon 11, du Nylon 2001 ou du Nylon 3001.

14. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon la revendication 10, caractérisé en ce que le film d'aligne-

ment a été soumis à un traitement d'orientation uniaxiale.

15. Dispositif a cristaux liquides ferroilectriques selon la revendication 14, caractérisé en ce que le traitement

d'orientation uniaxiale est un traitement par frottement.

16. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques

selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alter-

native comprend des impulsions de tension continues ou intermit-

tentes ayant une durie d'impulsion de l1us à 10 ms.

17. Dispositif à cristaux liquides ferroilectriques selon la revendication 16, caractérisé en ce que les impulsions de tension présentent un écart entre impulsions de 1 à 100 fois la

durée d'impulsion.

18. Dispositif à cristaux liquides ferroélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux liquides ferroélectriques sont des cristaux liquides smectiques chiraux.

19. Appareil à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif à cristaux liquides ferroélectriques comprenant des électrodes matricielles incluant des électrodes

d'analyse et des électrodes de signal espacées les unes par rap-

port aux autres et se croisant, et des cristaux liquides ferro-

électriques disposés entre les électrodes d'analyse et les électrodes de signal, un circuit d'excitation pour appliquer sélectivement une tension d'excitation aux croisements des électrodes d'analyse et des électrodes de signal, et un circuit d'application de champ &lectrique uniforme

pour appliquer un champ électrique alternatif à tous les croise-

ments ou à une partie prescrite d'entre eux.

20. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 19, caractérisé en ce que la tension d'excitation et la tension

alternative sont appliquées séparément aux électrodes matri-

cielles.

21. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 19, caractérisé en ce que, les cristaux liquides ferroélectriques comprenant une paire d'électrodes s'étendant de façon uniforme et

&tant chacune isoléesdes électrodes matricielles et s'étendant au-

dessus de tous les croisements, la tension d'excitation est

appliquée entre les électrodes matricielles en provenance du cir-

cuit d'excitation, et la tension alternative est appliquée entre

la paire d'électrodes s'étendant uniformément.

22. Appareil à cristaux liquides selon la revendication

21, caractérisé en ce que les électrodes matricielles sont lais-

s&es flottantes tandis que la tension alternative est appliquée à

partir du circuit d'application de champ électrique uniforme.

23. Appareil à cristaux liquides comprenant: un dispositif à cristaux liquides (179) comprenant des électrodes matricielles incluant des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information espacées les unes des autres et se coupant, et un matériau de cristaux liquides disposé entre les électrodes matricielles, chaque croisement des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information en combinaison

avec le matériau de cristaux liquides disposé entre elles consti-

tuant un élément d'image, un circuit d'excitation (170) du côté du signal d'analyse, et un circuit d'excitation (177) du côté du signal d'information; caractérisé en ce que cet appareil à cristaux liquides est constitué de sorte qu'une tension alternativescit appliquée à

tous les éléments d'image avant d'appliquer des signaux d'affi-

chage selon un processus d'excitation multiplex.

24. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 23, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée à partir de l'un ou l'autre du circuit d'excitation du côté du signal d'analyse et du circuit d'excitation du côté du signal d'information et les autres lignes de signal sont toutes mises

à la masse tandis que la tension alternative est appliquée.

25. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'application de la tension alternative

est effectuée par application de tensions alternatives en opposi-

tion de phase fournies à partir du circuit d'excitation du côté du signal d'analyse et du circuit d'excitation du côté du signal d'information.

26. Appareil à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif à cristaux liquides (156) comprenant des électrodes matricielles incluant des lignes de signal d'analyse et des lignes de signal d'information espacées les unes par rapport aux autres et se croisant, et un matériau de cristaux liquides ferroélectriques disposé entre les électrodes matricielles; un circuit d'excitation de cristaux liquides (158) du côté du signal d'analyse et ses circuits périphériques comprenant un circuit de mémoire (150) et un circuit de registre à décalage (152); et un circuit d'excitation de cristaux liquides (157) du

côté du signal d'information et des circuits périphériques compre-

nant un circuit de mémoire (159) et un circuit de registre à décalage (151);

les circuits d'excitation de cris-

taux liquides, les circuits de mémoire et les circuits de registre à décalage ont respectivement la même structure du côté du signal d'analyse et du côté du signal d'information; et une tension alternative est simultanément appliquée à tous les éléments

d'images à partir de l'un au moins des circuits d'excitation.

27. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 26, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée sous forme d'une combinaison de tensions alternatives ayant la même amplitude et la même fréquence et en opposition de phase, respectivement appliquées à partir du circuit d'excitation du côté du signal d'analyse et du circuit d'excitation du côté du signal

d'information.

28. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 26, caractérisé en ce que le circuit d'excitation du côté du signal d'analyse et le circuit d'excitation du côté du signal d'information comprennent des transistors d'étage de sortie de même tension de maintien qui dépassent l'amplitude de la tension alternative.

29. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 26, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée pendant une durée prescrite à partir de l'alimentation de l'appareil à cristaux liquides et en ce que, après cela, les signaux d'affichage correspondant à des signaux d'image donnés

sont appliqués aux éléments d'image.

30. Appareil à cristaux liquides selon l'une des reven-

dications 19, 23 ou 26, caractérisé en ce que le matériau de

cristaux liquides est un cristal liquide ferroélectrique.

31. Appareil à cristaux liquides selon la revendication , caractérisé en ce que les cristaux liquides ferroélectriques sont formés selon une couche ayant une épaisseur suffisamment mince pour relâcher la structure spirale des cristaux liquides

ferroélectriques.

32. Appareil à cristaux liquides selon la revendication 31, caractérisé en ce que les cristaux liquides ferroélectriques

sont des cristaux liquides smectiques chiraux.