FR2663770A1 - Afficheur a cristal liquide nematique, a bistabilite de surface, commande par effet flexoelectrique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif optique à cristaux liquides à effet bistable du type comprenant deux plaques transparentes (12, 14) pourvues d'électrodes de commande (18, 19) et entre lesquelles est placé un matériau cristal liquide nématique (20), caractérisé par le fait que: les plaques transparentes (12, 14) présentent un traitement de surface apte à définir deux configurations stables de molécules de matériau cristal liquide générant respectivement deux polarisations flexoélectriques ayant des composantes normales aux électrodes Pz 1 Pz 2 de sens opposées, et il est prévu des moyens (30) aptes à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques (12, 14), orientées alternativement dans un sens puis dans l'autre.

Description

La présente invention concerne le domaine des dispositifs optiques à cristaux liquides.

La présente invention a été faite au Laboratoire de Physique des Solides de l'Université de Paris Sud, laboratoire associé au CENTRE
NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE numéro 04 0002.

De nombreux travaux de recherche ont été conduits depuis au moins une quinzaine d'années sur les cristaux liquides.

Différents résultats des travaux de recherche effectués au
Laboratoire de Physique des Solides de l'Université Paris Sud sont décrits dans la demande de brevet français déposée le 28 Avril 1982 sous le n" 82 07309 et publiée sous le n" 2 526 177, la demande de brevet français déposée le 23 Octobre 1984 sous le n" 84 16192 et publiée sous le n" 2 572 210, la demande de brevet français déposée le 18 Juin 1985 sous le n" 85 09224 et publiée sous le n" 2 587 506, la demande de brevet français déposée le 14 Mai 1986 sous le n" 86 06916 et publiée sous le n" 2 598 827 ou encore la demande de brevet français déposée le 17
Décembre 1987 sous le n" 87 17660 et publiée sous le n" 2 624 985.

Par ailleurs, les travaux relatifs aux cristaux liquides ont donné lieu à de nombreuses publications.

La présente invention concerne plus précisément les dispositifs optiques à cristaux liquides dits bistables, c'est-à-dire les dispositifs dans lesquels les molecules des cristaux liquides sont susceptibles d'occuper alternativement deux états stables, sous l'effet d'une commande externe.

De tels dispositifs optiques bistables se prêtent en particulier à la réalisation d'afficheurs multiplexés.

Différents dispositifs optiques bistables à cristaux liquides ont déjà été proposés.

Le document Applied Physic Letters 40 (12) 1007 (1982) J.

Cheng et al décrit par exemple un dispositif à cristaux liquides nématiques présentant deux états stables en volume commutés par un champ électrique externe de commande. Le processus décrit dans ce document n'a pas donné lieu à application pratique. I1 présente un temps de commutation très lent et révèle généralement de nombreux défauts de texture.

Le document Applied Physic Letters 36, 899 (1980), N.A. Clark et al décrit un autre dispositif optique bistable utilisant des cristaux liquides dits Smectiques C ferroélectriques, et des ancrages de surface dégénérés. Le processus décrit dans ce document présente l'avantage d'un temps de commutation très court et a donné lieu à des applications pratiques. I1 ne donne cependant pas totalement satisfaction.

En particulier, dans la pratique, on constate fréquemment qu'au lieu d'un affichage bistable entre deux états symétriques, on obtient des affichages monostables sur des textures tordues dont le contraste est mauvais et qui ne peuvent être multiplexés. Ce phénomène semble dû au fait que l'interface électrode/cristal liquide est polaire.

Le document Applied Physic Letters 11 Décembre 1989, R.

Barberi, M. Boix et G. Durand décrit un autre dispositif optique bistable dans lequel la bistabilité est induite par un traitement rugueux contrôlé sur l'une au moins des électrodes transparentes et la commutation est opérée par application d'un champ électrique externe parallèle aux électrodes.

Selon ce document, le traitement rugueux peut être obtenu par exemple par évaporation oblique de SiO. Ce document Applied Physic Letter est à rapprocher de la demande de brevet français n" 87 17660 précitée. Le processus décrit dans le document Applied Physics Letters Il Décembre 1989 semble prometteur. Les spécialistes ont cependant toujours considéré jusqu'ici, que ce processus présente l'inconvénient majeur de n'être sensible qu'à un champ électrique parallèle aux plaques transparentes du dispositif et d'être totalement insensible à un champ électrique perpendiculaire aux plaques.

Un autre type d'afficheur bistable nématique utilisant la bistabilité d'états d'orientation de surface, dans lequel la commutation contrôlée par des impulsions électriques de polarité définie est basée sur l'emploi d'ions chiraux, est décrit dans la demande de brevet français déposée le 30 Janvier 1990 sous I en" 90 01066.

La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau dispositif optique bistable à cristaux liquides présentant de meilleures performances que la technique antérieure.

Un but important de la présente invention est de proposer un dispositif optique bistable à cristaux liquides à commutation rapide, notamment pour la réalisation de matrices optiques multiplexées à haute résolution.

Un autre but important de la présente invention est de proposer un dispositif optique bistable à cristaux liquides conçu pour être commandé aisément par un champ électrique externe.

Ces buts sont atteints selon la présente invention grâce à un dispositif optique à cristaux liquides à effet bistable du type comprenant deux plaques transparentes pourvues d'électrodes de commande et entre lesquelles est placé un matériau cristal liquide nématique, caractérisé par le fait que - les plaques transparentes présentent un traitement de surface apte à définir deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide, générant respectivement deux polarisations flexoélectriques ayant des composantes normales aux électrodes de sens opposés, et - il est prévu des moyens aptes à appliquer, au dispositif, des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques, orienté alternativement dans un sens puis dans l'autre.

L'application alternée d'impulsions de champ électrique normal aux plaques, orienté dans un sens puis dans l'autre, permet de commuter la structure du cristal liquide entre les deux configurations stables.

L'effet du champ électrique de commande sera précisé dans la suite de la description.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique générale d'un dispositif optique conforme à la présente invention, - la figure 2 illustre schématiquement les deux configurations stables des molécules, - la figure 3 représente les états d'orientation de surfaces multistables créés par une évaporation oblique de directions e, par exemple de SiO, sur la figure 3, P désigne une orientation stable planaire, O O' deux orientations métastables obliques, 8 un angle zénithal et un angle azimutal, - la figure 4 représente une vue en perspective de deux électrodes présentant des directions d'évaporation coplanaires, - la figure 5A représente une vue zénithale des orientations d'une électrode vue par le cristal liquide, - la figure 5B représente l'orientation relative de deux électrodes tournées d'un angle azimutal relatif de l'ordre de 45 , - les figures 6A et 6B représentent deux configurations stables différentes de matériau cristal liquide présentant des polarisations flexoélectriques de composantes normales aux électrodes de sens opposé, - la figure 7 représente un enregistrement typique de lumière transmise par une cellule conforme à la présente invention suite à l'application d'une impulsion de commande opérant une commutation de configurations stables, - la figure 8 représente la tension seuil d'impulsion de commande en fonction de la durée d'impulsion pour un afficheur de lum d'épaisseur, et - la figure 9 représente le champ seuil de commande en fonction de la durée d'impulsion pour des cellules d'épaisseur variable.

STRUCTURE GENERALE DU DISPOSITIF
La structure de base connue du dispositif optique utilisé comprend comme représenté schématiquement sur la figure 1 annexée une cellule 10 formée de deux plaques transparentes parallèles 12, 14 par exemple en verre, séparées par une cale d'épaisseur constante d (non représentée sur la figure 1) et entre lesquelles est placé un matériau cristal liquide nématique 20.

Les plaques 12, 14 sont pourvues sur leurs surfaces internes en regard, adjacentes au cristal liquide, d'électrodes électriquement conductrices et optiquement transparentes. Une telle électrode et représentée schématiquement sous forme d'une bande 18, pour la plaque 14, sur la figure 1. L'électrode homologue prévue sur la plaque 12 est référencée 19.

Des moyens d'alimentation électrique 30 sont reliés entre les électrodes prévues sur les deux plaques 12, 14 pour appliquer un champ électrique contrôlé sur le matériau cristal liquide 20. Ces moyens d'alimentation électrique 30 sont avantageusement conçus pour délivrer des impulsions électriques d'une durée comprise entre 1 et 1000us et d'amplitude comprise entre 1 et 100 Volt, alternativement de polarités opposées.

CARACTERISTIQUES ESSENTIELLES DE L'INVENTION
Plus précisément, le dispositif optique conforme à la présente invention présente deux caractéristiques essentielles - les deux plaques transparentes 12, 14 présentent un traitement de surface apte à définir deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide, générant respectivement deux polarisations flexoélectriques ayant des composantes normales aux électrodes de sens opposés, et - les moyens d'alimentation électrique 30 sont couplés aux électrodes 18, 19 de manière à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques, orienté alternativement dans un sens puis dans l'autre.

Les deux configurations stables des molécules du matériau cristal liquide correspondent à deux orientations des molécules dans des plans orthogonaux aux plaques 12, 14 et présentant entre eux une inclinaison azimutable de l'ordre de 45 , de sorte que observée entre analyseurs et polariseurs croisés, la cellule ainsi formée apparaissent alternativement à l'état clair ou foncé selon la configuration occupée par les molécules du matériau de cristal liquide.

Différents types de traitement de surface appropriés seront décrits par la suite.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le cristal liquide nématique utilisé présente une anisotropie diélectrique positive.

On a représenté schématiquement sur la figure 2 annexée deux configurations stables des molécules du matériau cristal liquide générant des polarisations flexoélectriques opposées.

On retrouve sur la figure 2 annexée les deux plaques transparentes 12, 14 entre lesquelles est placé le matériau cristal liquide nématique 20.

Lorsque les molécules du matériau cristal liquide 20, sont placées dans une première configuration stable, elles sont orientées selon des plans parallèles au plan référencé 100 sur la figure 2. Le plan 100 est orthogonal aux plaques 12, 14. Dans cette première configuraton les molécules du cristal liquide passent progressivement d'une orientation planaire sur la plaque supérieure 12, c'est-à-dire parallèle à cette plaque 12, à une orientation oblique, d'angle zénithal e 1 sur la plaque inférieure 14.

Lorsque les molécules du matériau cristal liquide 20 sont placées dans la seconde configuration stable, elles sont orientées selon des plans parallèles au plan référencé 200 sur la figure 2. Le plan 200 est orthogonal aux plaques 12, 14. I1 présente une inclinaison azimutale f de l'ordre de 45" par rapport au plan 100 précité.

Dans la seconde configuration, les molécules du cristal liquide 20 passent progressivement d'une orientation planaire sur la plaque inférieure 14, c'est-à-dire parallèle à cette plaque 14, à une orientation oblique, d'angle zenithal 6 2 sur la plaque supérieure 12.

Ces deux configurations stables génèrent des polarisations flexoélectriques P1, P2 dont les composantes Pzl, Pz2 normales aux électrodes sont opposées, dirigées respectivement vers la plaque inférieure 14 dans la première configuration et vers la plaque supérieure 12 dans la seconde configuration.

FONCTIONNEMENT
Lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes 18, 19 prévues sur les plaques 12, 14, les molécules du cristal liquide s'orientent perpendiculairement auxdites plaques en raison de leur anisotropie diélectrique positive.

Si l'excitation électrique de la cellule correspond à une impulsion négative sur l'électrode supérieure, à la fin de l'impulsion, il reste près de l'électrode supérieure 19 des ions positifs et près de l'électrode inférieure 18 des ions négatifs qui appliquent un champ électrique dépolarisant et transitoire dirigé de l'électrode supérieure 19 vers ltélectrode inférieure 18. Le champ favorise la création de la première configuration qui a une composante de polarisation flexoélectrique Pzl dirigée aussi de l'électrode supérieure 19 vers ltélectrode inférieure 18.

Après le temps de relaxation des charges, le champ dépolarisant disparaît et la première configuration est stable.

Lorque la cellule ainsi formée est obervée entre analyseurs et polariseurs croisés, la direction de l'analyseur ou du polariseur étant parallèle au plan 100, la cellule apparaît noire dans la première configuration.

Si ensuite une impulsion positive est appliquée à la cellule les molécules s'alignent perpendiculairement aux plaques 12, 14 pendant l'impulsion. A la fin de cette impulsion, il reste près de l'électrode supérieure 19 des ions négatifs et près de l'électrode inférieure 18 des ions positifs qui appliquent un champ électrique dépolarisant et transitoire dirigé de l'électrode inférieure 18 vers l'électrode supérieure 19.

Ce champ favorise la création de la seconde configuration qui a une composante de polarisation flexoélectrique Pz2 dirigée vers l'électrode supérieure 19.

Après le temps de relaxation des charges, le champ dépolarisant disparaît et la seconde configuration est stable.

La cellule apparaît alors claire.

Pour repasser dans la première configuration, il suffit d'appliquer une impulsion négative à la cellule.

TRAITEMENT DE SURFACE
Comme indiqué précédemment, différents types de traitement de surface peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention pour contrôler les diverses configurations requises.

Ce traitement de surface peut être formé par exemple du dépôt d'un polymère sur les surfaces internes en regard des plaques 12, 14 suivi de deux frottements du polymère inclinés entre eux, et selon des modalités connues de l'homme de l'art pour imposer l'obliquité souhaitée des molécules sur les plaques.

Selon une autre variante, le traitement de surface peut être formé par contrôle de la rugosité de la surface des plaques 12, 14 (contrôle de l'épaisseur de la rugosité et de son incidence moyenne ou longueur d'onde moyenne) comme enseigné dans la demande de brevet français n" 87 17660 publiée sous le n" 2 624 985.

MODE DE REALISATION PARTICULIER
On va maintenant décrire la structure et le fonctionnement d'un mode de réalisation particulier du dispositif à la présente invention.

I - DESCRIPTION DE L'AFFICHEUR
a) Matériau
On utilise un cristal liquide nématique, par exemple 5CB, d'anisotropie diélectrique =E//-C1 > 0(Ea esttypiquement de l'ordre de 10).

Ce cristal liquide peut être dopé par des ions non chiraux de concentration convenable et par un cholestérique, comme cela sera précisé par la suite.

Ce nématique est placé dans une cellule dont les deux électrodes ITO sont traitées pour donner des états de surfaces bistables.

b) Textures utilisées
On crée des états d'orientation multistables de surface, par une évaporation de SiO à l'angle de 74", de faible épaisseur moyenne a 30 ). Des expériences préliminaires ont montré que dans ces conditions, l'état d'orientation moléculaire stable est un état planaire P (molécules parallèles à l'électrode, et perpendiculaires à la direction d'évaporation comme représenté sur la figure 3), mais il existe aussi deux états métastables obliques (O, O') d'angle zénithalO~75 et d'azimut=+45 par rapport à la direction d'évaporation (voir figure 3).

Sur la figure 3 annexée la direction d'évaporation est référencée e.

Par rapport à la publication "M. Monkade, M. Boix, G. Durand,
Order electricity and oblique nematic orientation on rough solid surfaces,
Europhys. Lett., 5, 697 (1988)", on se trouve juste en-dessous de la zone de transition planaire - oblique dégénérée.

La figure 4 représente en perspective les trois états de surfaces ainsi réalisés, un stable planaire P et deux obliques métastables 0 et 0' sur chacune des deux plaques, dans le cas de direction d'évaporation coplanaires. Les deux électrodes 19 (en haut) et 18 (en bas) représentées sur la figure 4 sont identiques.

La figure 5A représente une vue zénithale des orientations d'une électrode vue par le cristal liquide.

Comme représenté sur la figure 5B, les deux électrodes font l'objet d'une rotation relative de 45" autour d'un axe z qui leur est normal.

On utilise pour la commutation optique les deux textures d'azimut constant définies par les états P19Ol8 et 19P18.

La disposition précitée des électrodes 18, 19 est définie en partant de la situation symétrique où les directions d'évaporation sont coplanaires et les électrodes se font face comme représenté sur la figure 4.

On tourne ensuite une électrode (par exemple l'électrode 19) de 0=45 de façon que les azimuts des directions 019 et P18 coîncident, ainsi que celles de P19O18. La direction 19P18 est donc aussi tourné de 45" par rapport à O18P19. En plus de ces deux textures d'azimut constant, il existe bien sûr d'autres textures d'azimut variable, donc tordues, par exemple O19P18,
P19P18, etc ...La disposition choisie est celle pour laquelle ces autres textures ont l'énergie de distortion la plus grande, impliquant à la fois changement d'azimut fet d'angle zenithal û. Ces grandes énergies de distortion rendent ces textures instables. I1 existe tout de même une texture de torsion simple < P entre les états P19 et P18.Pour monter l'énergie de cet état, on peut doper le nématique avec un cholestérique de façon que sur l'épaisseur d de la cellule, le nématique dopé cholestérique tourne spontanément en sens opposé d'un angle - o/2~20 . Ceci augmente beaucoup l'énergie de torsion de la texture P19P18, sans pour autant trop diminuer l'énergie des textures non voulues de type 0lu018' etc ... La torsion - < P 0/2=20" est obtenue en fixant la concentration d'un dopant cholestérique. On a utilisé la molécule cholestérique C15 de Merck. Pour ce corps, à température ambiante, le produit : pas cholestérique x concentration dans le 5CB vaut 2um.Pour obtenir 20 sur l'épaisseur d, il faut un pas cholestérique - 18d, ce qui fixe la concentration.

En conclusion, on a réalisé ainsi deux textures en volume d'azimut constant, tournées l'une par rapport à l'autre de 45 , en éliminant toutes les autres, d'énergie de courbure trop forte. Ces deux états ont des polarisations flexoélectriques P=en(divn)+rotn x n] (e constante flexo 4 10 4cgs) spontanées dont les composantes normales aux électrodes sont de sens opposés. Les polarisaions flexoélectriques sont donc opposées par rapport à la direction du champ électrique appliqué comme représenté sur les figures 6A et 6B. Cette propriété polaire va servir à la commutation électrique entre les deux états.

c) Montage optique
Les deux textures O 19P 18 et P19O18 sont placées entre analyseurs et polariseurs croisés. La texture O18P19 est parallèle une des directions de l'analyseur ou du polariseur, et correspond à un état éteint (noir), en transmission. L'autre texture P18Ol9 est orientée à 450. Elle rétablit la lumière si la birefringence résultante correspondà un retard optique d'un multiple de X /2( 0,5um est la longueur d'onde optique).

Avec un angle zenithal e surface compris entre 90 (pour P) et 75 (pour O), la birefringence moyenne, correspondant à l'angle moyen
0 m < (90+75)/2 82 , vaut tn=tnO sin2#m#0,19 avec AnOw 0,2. L'épaisseur do optimale définie par: d An = X/2, donne
dO - (0,2510,19) = 1,3 m.

En pratique, dans l'expérience conduite par les inventeurs, d est fixé à lum par des cales de parylène C de la Société Comelec. Les deux électrodes ITO sont serrées dans un porte échantillon, pour bien appuyer sur les cales.

II - DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT
a) Observation optique
On observe le pixel ainsi réalisé sous un microscope polarisant
Leitz, dont les polariseurs sont disposés comme indiqué ci-dessus en Ic. La lumière transmise est observée aussi par un photomultiplicateur et enregistrée sur un oscilloscope à mémoire.

Les deux électrodes sont connectées à un générateur d'impulsion rectangulaire, de durée #(l s < # < lms) et d'amplitude constante
V (-200 < V < +200volt). La masse est connectée à l'électrode 18. En l'absence d'excitation électrique, on observe au hasard un (ou les deux) état O19P18 ou P19O18. Une impulsion positive est appliquée, de durée z = 100Us.

Au-dessus d'un seuil de V = +14volt on fait apparaître après l'impulsion un état unique O 19P 18 clair. Une autre impulsion positive ne change pas l'état. On applique alors une impulsion négative V=-14volt, qui fait basculer l'état 19P18 vers l'état P 19018 noir. Une autre impulsion négative ne change pas ce nouvel état. En l'absence d'impulsion les deux textures quasi
uniformes claire ou noire du pixel sont stables pendant plusieurs heures.

b) Dynamique de la commutation
La figure 7 montre un enregistrement typique de la lumière transmise par la cellule. A l'origine tO de l'enregistrement, la cellule est
dans l'état O19P18 qui transmet la lumière. On applique à tl une impulsion
de -18volt de durée T . La lumière commence à baisser au début de l'impulsion et continue ensuite pendant t = lms, pour donner finalement l'état noir O 18P19. t est le temps caractéristique bien connu d'orientation de la courbure en volume, en l'absence de champ électrique. t est défini par
: t1 = K/dt où K est la constante de courbure du nématique (K 10 6cgs) et # la viscosité (n~ 0,lcgs). t varie comme le carré de l'épaisseur d.

Les inventeurs ont mesuré le seuil de basculement V(T). On obtient la courbure de la figure 8. Pour T infini (T 1lms), V sature vers + 7,5volt. Pour # plus court, il faut augmenter V. On trouve par exemple pour T=6411S (le temps d'accès d'une ligne, pour une image vidéo à 625 lignes) V=15volt. Pour une cadence à 1000 lignes, on a l=40us et V=16volt.

On peut obtenirl=lus pour V=l00volt. Ces seuils sont les mêmes pour les deux commutations entre les deux états clair-noir et noir-clair.

c) Modélisation
Les inventeurs ont mesuré le champ de seuil V(T)/d pour différentes épaisseurs d entre 1 et 4 m.

La courbe obtenue est représentée sur la figure 9.

Pour Tgrand ( > 1 00us), le seuil V/d est constant indiquant qu'on observe un effet de champ électrique. Aux temps courts (T < 20 s), on observe une augmentation du champ de commutation, lui-même proportionnel à l'épaisseur.

Le mécanisme de commutation est le suivant : l'effet de champ à grand T correspond à la cassure de l'orientation de surface. Le champ E tend à aligner le nématique normal aux électrodes (orientation homéotrope) en raison de l'anisotropie électrique positive du cristal. Par symétrie, cet état est un extrêmum de l'énergie de surface. En définissant la barrière d'énergie de surface entre les deux états par la longueur d'extrapolation L (0,1 m < L < 1 m), ce champ critique est obtenu quand le couple diélectrique appliqué à la surface compense juste le couple de rappel de l'orientation de surface.

Ceci donne la relation

où # est la longueur de cohérence électrique définie par

On obtient finalement # =L. Avec V=7,5volt, on trouve c L=(l03/E)=5 10-6cm ~ 500A, ce qui correspond à un ancrage très fort.

A la fin de l'impulsion, la texture homéotrope va redonner au hasard une des deux textures O O19P18 ou 018 P19. La dégénérescence est levée par le couplage flexoélectrique entre les textures et le champ dépolarisant des ions bloqués à la surface.

Prenons par exemple pour l'explication le cas d'une impulsion négative qui fait commuter de O19P18 vers O18P19. Juste après l'impulsion, si on enlève les charges qui déterminaient la tension appliquée V des électrodes, il reste près de l'électrode haute 19 des ions positifs et près de l'électrode basse 18 des ions négatifs, qui appliquent un champ électrique dépolarisant et transitoire Ed de 19 vers 18. Ce champ favorise la création de l'état P19Ol8 qui a une polarisation flexoélectrique Pz dirigée aussi de
z 19 vers 18 avec donc une énergie - PzEd favorable. L'état P18Ol9 a une énergie + PzEd défavorable.

Après le temps de relaxation des charges, le champ Ed disparait et l'état P19O18 est stable, quoique ayant la même énergie que l'état P18 019, car le système ne peut pas franchir seul la forte barrière d'ancrage de surface.

Aux temps courts, il faut augmenter V plus vite que l'épaisseur, car une autre contrainte apparaît : les ions doivent avoir le temps d'être transportés pendant l'impulsion T d'une électrode à l'autre.

En appelant u (C1N 103um2/Vsec) la mobilité des ions, leur vitesse v est v = uE. Pour parcourir d = lum, avec V = 7,5volt, il faut un temps #'=d/v=d2/# V#130 s. En prenant comme seule limite cette condition de transport, on trouve V/d = E~d/pT' qui est bien proportionnel à d comme trouvé expérimentalement.

Si les deux textures O 19P18 entre lesquelles se fait la commutation avaient exactement la même énergie, un champ dépolarisant infiniement faible suffirait à assurer la commutation. En fait, les deux textures ne sont pas exactement symétriques et présentent une différence d'énergie #W. Le champ dépolarisant Ed minimum nécessaire est alors celui qui donne une énergie de couplage flexoélectrique S-E,Pd3r supérieure à A hW En pratique, on ne connait pas AW. Ed est ajusté en dopant le nématique avec des ions. Pour 5CB, nous avons mesuré une résistance R de l'échantillon de section S = 1cm2 et d = lym de R = 1 à 10M #, suivant la pureté initiale du produit.Pour augmenter les charges de surface et le champ dépolarisant, nous avons dopé le 5CB avec du TPBTBA (tétraphényl borate de tétrabutyle ammonium) pour obtenir une concentration relative molaire finale en ions de 10-3 3 à 10-5. Nous obtenons l'effet bistable dans une gamme de résistance d'échantillon R = 25kQà lM . En pratique, la conductivité initiale des échantillons les moins résistants suffit à assurer l'effet pour les états de surface que nous avons utilisés.

L'afficheur bistable ainsi formé sur un pixel peut être utilisé dans des écrans matriciels multiplexés. Le temps de surface définit alors le temps d'accès des lignes, et le temps de volume celui des images. Sans contrainte temporelle, la bistabilité permet bien sûr un multiplexage infini.

Avec contrainte temporelle, on peut transmettre un nombre maximum 1/TV de 1000 images/sec. Le nombre de lignes de ces images est défini par la tension utilisée : 16volt pour 1000 lignes à la cadence vidéo par exemple (et 15 volt pour 625 lignes). Ce système est donc bien adapté à l'affichage vidéo à haute résolution.

On notera que le dispositif conforme à la présente invention, ne pose aucun problème de stabilité électrochimique dans la mesure où les dopants cholestériques éventuellement utilisés sont électrochimiquement stables.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique à cristaux liquides à effet bistable du type comprenant deux plaques transparentes (12, 14) pourvues d'électrodes de commande (18, 19) et entre lesquelles est placé un matériau cristal liquide nématique (20), caractérisé par le fait que - les plaques transparentes (12, 14) présentent un traitement de surface apte à définir deux configurations stables de molécules de matériau cristal liquide générant respectivement deux polarisations flexoélectriques ayant des composantes normales aux électrodes Pzl Pz2 de sens opposés, et - il est prévu des moyens (30) aptes à appliquer au dispositif des impulsions de champ électrique perpendiculaire aux plaques (12, 14), orientées alternativement dans un sens puis dans l'autre.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique (20) présente une anisotropie diélectrique positive.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique (20) présente une anisotropie diélectrique positive de l'ordre de 10.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation électriques (30) sont conçus pour appliquer des impulsions de commande d'une durée comprise entre 1 et 1000pus.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation électrique (30) sont conçus pour appliquer des impulsions de commande d'une amplitude comprise entre 1 et 100volt.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide correspondent à des textures de cristal liquide d'azimut constant pour une configuration donnée, décalées en azimut d'une configuration à l'autre.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide correspondent à des textures d'azimut constant pour une configuration donnée, décalées de 45" entre elles.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide présentent des orientations zénithales différentes.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les deux configurations stables de molécules du matériau cristal liquide correspondent l'une à une orientation plan aire sur une première plaque (12) et oblique sur une seconde plaque (14), l'autre à une orientation oblique sur la première plaque (12) et planaire sur la seconde plaque (14).

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la cellule à cristal liquide comprenant les deux plaques transparentes (12, 14) est placée entre un polariseur et un anayseur croisés.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide (20) est dopé par des ions non chiraux.

12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la concentration relative molaire en ions est de l'ordre de 10-3 à 10-5.

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les deux configurations stables sont obtenues par différents frottements inclinés entre eux réalisés sur la surface interne des plaques (12, 14), par exemple deux frottements à 45" d'un polymère déposé sur les plaques (12, 14).

14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les deux configurations stables sont obtenues par contrôle de l'épaisseur et de la longueur d'onde moyenne de la rugosité sur la surface interne des plaques (12, 14).

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les configurations sont obtenues par évaporation contrôlée sur les plaques (12, 14).

16. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé par le fait que les configurations sont contrôlées par évaporation de SiO sous un angle de l'ordre de 74" avec une épaisseur

o moyenne de l'ordre de 30A.

17. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que les directions d'évaporation sur les deux plaques (12, 14) sont inclinées relativement de l'ordre de 45" en azimut.

18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide est dopé par un cholestérique.

19. Dispositif selon les revendications 17 et 18 prises en combinaison, caractérisé par le fait que le choléstérique définit une rotation spontanée du matériau cristal liquide nématique dans un sens inverse du décalage formé entre les deux directions d'évaporation sur les deux plaques respectives et d'amplitude de l'ordre de la moitié du décalage azimutal entre les deux directions d'évaporation.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la cellule est de l'ordre de 1,3Ci.