FR2728358A1 - ACTIVE MATRIX LIQUID CRYSTAL DISPLAY - Google Patents

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Abstract

A display including a cell with a twisted nematic liquid crystal thin film (10) sandwiched between two facing transparent plates (12, 14) supporting electric field generating electrodes (18, 20) connected to a control circuit, as well as two crossed polarisers (26, 28) flanking the cell. The thickness of the liquid crystal thin film is such that it causes a twist of at least 90 DEG in the absence of an electric field. On of the polarisers is substantially at an angle of (2 phi +/- pi )/4 to the orientation of the crystals when they are inactive, and the thickness of the thin film is optimised as far as transmission in the inactive state is concerned. The display further includes at least one positively birefringent delay foil (34, 36) having an optical axis parallel to the plates and being positioned between the liquid crystal thin film and the respective polariser.

Description

AFFICHEUR A CRISTAUX LIQUIDES A MATRICE ACTIVE
La présente invention concerne les afficheurs à cristaux liquides et à matrice active. De tels afficheurs comprennent classiquement une cellule ayant une couche mince de cristaux liquides nématiques en hélice emprisonnée entre deux plaques transparentes ayant deux faces en regard portant des électrodes de création de champ électrique reliées à un circuit de commande et comprenant deux polariseurs encadrant la cellule.
ACTIVE MATRIX LIQUID CRYSTAL DISPLAY
The present invention relates to liquid crystal displays and active matrix. Such displays conventionally comprise a cell having a thin layer of helical nematic liquid crystals trapped between two transparent plates having two facing faces carrying electrodes for creating an electric field connected to a control circuit and comprising two polarizers framing the cell.

Les faces en regard en contact avec la couche mince sont traitées, en général par dépôt d'un revêtement et brossage, de façon à imposer une orientation aux molécules des cristaux liquides le long de ces faces. A l'heure actuelle, l'épaisseur de la couche et le traitement sont généralement prévus de façon que la torsion à travers la cellule ou twist' soit de 900 et que le retard spatial correspondant b, défini comme le produit de l'épaisseur d de la couche par la biréfringence an du cristal liquide, soit d'environ 0,4 pm. Ce choix est cohérent avec le modèle que l'orientation du vecteur de polarisation est guidée par la disposition en hélice des cristaux liquides. The facing faces in contact with the thin layer are treated, in general by depositing a coating and brushing, so as to impose an orientation on the molecules of the liquid crystals along these faces. At present, the thickness of the layer and the treatment are generally provided so that the twist through the cell or twist 'is 900 and that the corresponding spatial delay b, defined as the product of the thickness d of the layer by the birefringence an of the liquid crystal, that is to say about 0.4 μm. This choice is consistent with the model that the orientation of the polarization vector is guided by the helical arrangement of the liquid crystals.

Un afficheur ainsi constitué et à deux polariseurs croisés, dont l'un est perpendiculaire ou parallèle à la direction des molécules le long de la paroi d'orientation la plus proche, est qualifié de 'normalement blanc", en ce sens qu'il est transparent lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué à la couche de cristal liquide. L'afficheur devient au contraire opaque lorsqu'un champ électrique de valeur suffisante est appliqué à la couche. A display thus formed and with two crossed polarizers, one of which is perpendicular or parallel to the direction of the molecules along the nearest orientation wall, is qualified as "normally white", in the sense that it is transparent when no electric field is applied to the liquid crystal layer, on the contrary the display becomes opaque when an electric field of sufficient value is applied to the layer.

Un tel afficheur présente un contraste (rapport entre la transparence à l'état de repos, c'est-à-dire en l'absence de champ électrique, et la transparence lorsqu'un champ électrique est appliqué) satisfaisant lorsque la lumière atteignant l'oeil de l'observateur traverse l'afficheur sensiblement perpendiculairement à la couche. En revanche, il présente, en incidence oblique, des fuites de lumière qui réduisent le contraste et déforment les couleurs. On a déjà proposé de les réduire en utilisant des feuilles retardatrices à biréfringence négative dont l'axe optique est perpendiculaire à la cellule à cristaux liquides. Les retards introduits par de telles feuilles doivent être optimisés en tenant compte que la présence de ces feuilles a un effet défavorable sur la transparence au repos, en vison oblique. Such a display has a contrast (ratio between transparency in the idle state, that is to say in the absence of an electric field, and transparency when an electric field is applied) satisfactory when the light reaching the eye of the observer crosses the display substantially perpendicular to the layer. On the other hand, it presents, in oblique incidence, light leaks which reduce the contrast and distort the colors. It has already been proposed to reduce them by using negative birefringence retarding sheets whose optical axis is perpendicular to the liquid crystal cell. The delays introduced by such sheets must be optimized taking into account that the presence of these sheets has an unfavorable effect on transparency at rest, in oblique mink.

La présente invention vise à fournir un afficheur répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'obtenir un contraste comparable à celui d'un afficheur classique et améliore la vision latérale tout en ne mettant en oeuvre que des moyens simples. The present invention aims to provide a display that meets the requirements of practice better than those previously known, in particular in that it makes it possible to obtain a contrast comparable to that of a conventional display and improves lateral vision while not putting in work that simple means.

Pour arriver à ce résultat, il a d'abord fallu prendre conscience de ce qu'il n'est pas nécessaire que la couche de cristaux liquides présente une torsion de 900 pour qu'elle agisse en tant que retardateur demi-onde. Dans le cas idéal de polariseurs croisés à plus ou moins quelques degrés près et d'une couche à cristaux liquides dont les molécules ne présentent aucune inclinaison par rapport aux faces qui délimitent la couche, la transmission T de la cellule au repos peut s'écrire
T = sin k+.sin (+X/2)/k + cos k+.cos(++X/2))
+ sink#.cos (#-2P1+#/2).u(1+u) (1) où
- P1 est l'angle fait par l'axe de transmission du polariseur d'entrée par rapport à l'orientation dans la couche limite de cristaux située de son côté,
- u = z.d.Ôn/À. (2)
- A étant la longueur d'onde de la lumière, - k = (l+u2).
To achieve this result, it was first necessary to realize that it is not necessary for the liquid crystal layer to have a twist of 900 in order for it to act as a half-wave retarder. In the ideal case of polarizers crossed to within plus or minus a few degrees and of a liquid crystal layer whose molecules have no inclination relative to the faces which delimit the layer, the transmission T of the cell at rest can be written
T = sin k + .sin (+ X / 2) / k + cos k + .cos (++ X / 2))
+ sink # .cos (# -2P1 + # / 2) .u (1 + u) (1) where
P1 is the angle made by the transmission axis of the input polarizer with respect to the orientation in the boundary layer of crystals located on its side,
- u = zdÔn / À. (2)
- A being the wavelength of the light, - k = (l + u2).

On constate que, dans ce cas, la transmission au repos est maximale si on choisit P de façon que l'argument du terme cos2(±2PI+X/2) soit égal à (0, +1, -1, +2, -2, .. ...)s c'est-à-dire pour P1 = (2###)/4 (3)
Pour une observation en lumière perpendiculaire à la cellule, le choix de +x/4 ou -X/4 dans la formule (3) est indifférent.
We note that, in this case, the transmission at rest is maximum if we choose P so that the argument of the term cos2 (± 2PI + X / 2) is equal to (0, +1, -1, +2, -2, .. ...) s i.e. for P1 = (2 ###) / 4 (3)
For an observation in light perpendicular to the cell, the choice of + x / 4 or -X / 4 in formula (3) is indifferent.

En revanche, en vision oblique, et notamment dès qu'on atteint ou dépasse une incidence de la lumière de 300, il est apparu qu'on obtient une meilleure indépendance à la couleur si on choisit, pour le polariseur d'entrée, un angle
P1 qui est égal à
P1 = (2+2)/4.
On the other hand, in oblique vision, and in particular as soon as one reaches or exceeds an incidence of light of 300, it appeared that one obtains a better color independence if one chooses, for the input polarizer, an angle
P1 which is equal to
P1 = (2 + 2) / 4.

Pour un angle +, des polariseurs croisés et un choix de
P1 conforme à la formule (3) ci-dessus, le coefficient de transmission dépend encore du retard spatial A=d.6n imposé par la couche de cristaux liquides. L'équation (1) ci-dessus permet de faire un choix de À conduisant à la meilleure transparence possible au repos et favorisant le contraste.
For a + angle, crossed polarizers and a choice of
P1 in accordance with formula (3) above, the transmission coefficient also depends on the spatial delay A = d.6n imposed by the layer of liquid crystals. Equation (1) above makes it possible to make a choice of A leading to the best possible transparency at rest and promoting contrast.

L'invention propose notamment, en conséquence, un afficheur du genre défini ci-dessus, dans lequel : la couche à cristaux liquide provoque une torsion + de moins de 900. The invention notably proposes, consequently, a display of the kind defined above, in which: the liquid crystal layer causes a + twist of less than 900.

Le polariseur fait avantageusement avec l'orientation au repos des cristaux dans la couche limite un angle qui est de l'ordre de (2++X)/4.  The polarizer advantageously makes the angle at rest of the crystals in the boundary layer an angle which is of the order of (2 ++ X) / 4.

Des résultats particulièrement avantageux sont atteints pour un angle + de 00. Particularly advantageous results are achieved for an angle + of 00.

On doit de façon générale tenir compte de ce que les cellules réelles à cristaux liquides ne sont pas idéales, en ce sens que le changement d'orientation n'est pas uniformé ment hélicoidal et qu'il existe une pré-inclinaison ou zpre- tilt le long des parois. It must generally be taken into account that the real liquid crystal cells are not ideal, in the sense that the change of orientation is not uniformly helical and that there is a pre-tilt or zpre-tilt along the walls.

L'optimisation de sera en conséquence alors effectuée en utilisant non pas la formule (1) ci-dessus, mais un processus impliquant tout d'abord une simulation du profil d'orientation dans les cristaux liquides en fonction de la tension appliquée. Il existe dans le commerce des logiciels utilisables à cet effet, et notamment le logiciel DIMOS, disponible auprès de la société Autronic-Melchers GmbH,
Karlsruhe, Allemagne. Ce logiciel est utilisé avec des valeurs représentatives pour les constantes des cristaux liquides et en particulier des constantes correspondant aux cristaux liquides ZLI-3771, fournis par la société Merck,
Darmstadt, Allemagne. Le logiciel a été utilisé en partant de l'hypothèse d'un angle de pré-inclinaison sur les faces de 30, que l'on peut considérer comme représentatif.
The optimization of will therefore be carried out using not the formula (1) above, but a process involving first of all a simulation of the orientation profile in the liquid crystals as a function of the applied voltage. There are commercially available software usable for this purpose, including DIMOS software, available from Autronic-Melchers GmbH,
Karlsruhe, Germany. This software is used with representative values for the constants of the liquid crystals and in particular the constants corresponding to the ZLI-3771 liquid crystals, supplied by the company Merck,
Darmstadt, Germany. The software was used on the assumption of a pre-tilt angle on the faces of 30, which can be considered as representative.

L'optimisation s'effectue ensuite de façon à obtenir simultanément une transmission élevée à l'état de repos et une transmission aussi faible que possible en cas d'application d'un champ électrique, en utilisant le formalisme de calcul matriciel Berreman 4*4. On pourra à ce sujet se référer à l'article de A.H. Potma et al, Optimization of
Foil-Compensated STN Displays, Eurodisplay 90, Amsterdam.
Optimization is then carried out so as to obtain simultaneously a high transmission in the rest state and a transmission as weak as possible in the event of application of an electric field, using the formalism of matrix calculation Berreman 4 * 4 . On this subject, we can refer to the article by AH Potma et al, Optimization of
Foil-Compensated STN Displays, Eurodisplay 90, Amsterdam.

Il faut noter que la valeur trouvée pour l'épaisseur optimisée de la couche de cristaux liquides doit être considérée comme une valeur virtuelle", puisque le paramètre optique significatif est en fait le retard donné par les cristaux liquides, qui est le produit de l'épaisseur 4 de la couche de cristaux liquides et de la biréfringence An des cristaux liquides. It should be noted that the value found for the optimized thickness of the liquid crystal layer must be considered as a virtual value ", since the significant optical parameter is in fact the delay given by the liquid crystals, which is the product of thickness 4 of the layer of liquid crystals and of the birefringence An of the liquid crystals.

Dans les calculs, la biréfringence des cristaux liquides utilisée est celle du ZLI-3771, qui est égale à 0,1067 pour une longueur d'onde de 550 nm. In the calculations, the birefringence of the liquid crystals used is that of the ZLI-3771, which is equal to 0.1067 for a wavelength of 550 nm.

Si on avait utilisé une autre biréfringence, la valeur résultante pour l'épaisseur optimisée de la couche de cristaux liquides aurait été modifiée en conséquence. If another birefringence was used, the resulting value for the optimized thickness of the liquid crystal layer would have been changed accordingly.

Le tableau ci-dessous donne, à titre d'exemple, les résultats calculés pour une configuration à cristaux liquides nématiques en hélice et à polariseurs croisés et une orientation suivant l'équation (3), pour une torsion t de 300, en lumière incidente orthogonale. The table below gives, by way of example, the results calculated for a configuration of nematic liquid crystals in a helix and with crossed polarizers and an orientation according to equation (3), for a twist t of 300, in incident light orthogonal.

ETAT BLANC (REPOS)
Epaisseur de
Couche (micron) Retard (à 1=550 nm) Y (%)
2.40 0.2561 43.4
2.50 0.2668 44.1
2.55 0.2721 44.4
2.60 0.2774 45.5
2.70 0.2881 44.4
ETAT "NOIR1 (CHAMP ELECTRIOUE APPLIOUE)
Couche (micron) Retard (à 550 nm) Y (%)
2.55 0.2721 1.25
2.50 0.2668 1.21
2.40 0.2561 1.12
Sur le tableau, Y est la luminance perçue, tenant compte de la répartition spectrale de la source de lumière et de la courbe de sensibilité de l'oeil. Pour des polariseurs idéaux croisés, la transmission maximale ne peut pas dépasser 50%.
WHITE STATE (REST)
Thickness of
Layer (micron) Delay (at 1 = 550 nm) Y (%)
2.40 0.2561 43.4
2.50 0.2668 44.1
2.55 0.2721 44.4
2.60 0.2774 45.5
2.70 0.2881 44.4
STATE "BLACK1 (ELECTRIC FIELD APPLIED)
Layer (micron) Delay (at 550 nm) Y (%)
2.55 0.2721 1.25
2.50 0.2668 1.21
2.40 0.2561 1.12
On the table, Y is the perceived luminance, taking into account the spectral distribution of the light source and the sensitivity curve of the eye. For ideal crossed polarizers, the maximum transmission cannot exceed 50%.

A titre de comparaison, la transparence pour une configuration classique (torsion de 900, normalement blanc), avec un retard A=0,4 est
- 44 % dans l'état blanc",
- moins de 0,05 % dans l'état noir".
By way of comparison, the transparency for a conventional configuration (twist of 900, normally white), with a delay A = 0.4 is
- 44% in the white state ",
- less than 0.05% in the black state ".

La comparaison effectuée a montré que les caractéristiques optiques dans l'état "blanc" ne dépendent pas plus du retard spatial À que dans le cas de la constitution classique. En revanche, le coefficient de transmission dans l'état "noir" sous incidence normale est plus élevé pour la même tension appliquée. The comparison carried out has shown that the optical characteristics in the "white" state do not depend more on the spatial delay λ than in the case of the conventional constitution. On the other hand, the transmission coefficient in the "black" state under normal incidence is higher for the same applied voltage.

Le coefficient de transmission, plus important à l'état "noir" pour la configuration à 300 de torsion, conduirait normalement à des valeurs de contraste sensiblement plus faibles qu'avec la configuration à torsion de 900 et à état normalement "blanc".  The transmission coefficient, greater in the "black" state for the configuration with 300 of torsion, would normally lead to significantly lower contrast values than with the configuration with torsion of 900 and in normally "white" state.

L'invention permet d'arriver à une architecture qui fournit un contraste maximum du même ordre que ceux obtenus avec la configuration à 900 de torsion. The invention makes it possible to arrive at an architecture which provides a maximum contrast of the same order as those obtained with the configuration with 900 of torsion.

Deux raisons peuvent être mentionnées pour expliquer la transmission accrue à l'état noire de la configuration à 300 de torsion. D'une part, lorsqu'on réduit l'angle de torsion de la couche de cristaux liquides à partir de 900, éventuellement jusqu'à 00, la courbe de transmission en fonction de la tension devient moins raide. Cela implique qu'à une tension donnée (au-dessus de la tension de seuil) le coefficient de transmission, et donc la luminance, est d'autant plus important que l'angle de torsion est faible. Two reasons can be mentioned to explain the increased black transmission of the configuration at 300 of torsion. On the one hand, when the angle of torsion of the liquid crystal layer is reduced from 900, possibly to 00, the transmission curve as a function of the voltage becomes less steep. This implies that at a given voltage (above the threshold voltage) the transmission coefficient, and therefore the luminance, is all the more important the smaller the angle of torsion.

D'autre part, la transmission à l'état "noir" est essentiellement due au retard résiduel des couches limites de cristaux liquides. Pour la configuration à 900 de torsion et état normalement "blanc", les effets de ces couches se compensent mutuellement.On the other hand, the transmission in the "black" state is essentially due to the residual delay of the boundary layers of liquid crystals. For the configuration with 900 of torsion and normally "white" state, the effects of these layers compensate each other.

Pour tenir compte de ces effets, le dispositif comporte avantageusement au moins une feuille de retard à biréfringence positive, placée entre la couche de cristaux liquides et l'un des polariseurs, l'axe optique de la feuille étant parallèle à la paroi de la cellule. La feuille est avantageusement placée de façon que son axe optique soit perpendiculaire à l'orientation des molécules de cristaux liquides le long de la paroi la plus proche. En général, on utilisera deux feuilles, placées chacune d'un côté de la couche de cristaux liquides. To take account of these effects, the device advantageously comprises at least one delay sheet with positive birefringence, placed between the layer of liquid crystals and one of the polarizers, the optical axis of the sheet being parallel to the wall of the cell. . The sheet is advantageously placed so that its optical axis is perpendicular to the orientation of the liquid crystal molecules along the nearest wall. In general, two sheets will be used, each placed on one side of the liquid crystal layer.

Il suffit d'un retard spatial introduit par chaque feuille très faible, typiquement inférieur ou égal au cinquième du retard spatial introduit par la couche de cristaux liquides. Par suite de leur faible retard, les feuilles n'affectent pratiquement pas la qualité optique dans l'état "blanc", aussi bien en lumière incidente normale à la cellule, qu'en incidence oblique. En revanche, ces feuilles permettent d'obtenir un coefficient de transmission à l'état "noir" en incidence normale qui est pratiquement aussi faible qu'avec un angle de torsion de 900. Le retard de chaque feuille sera généralement inférieur à 50 nm et souvent à 20 nm. A very weak spatial delay introduced by each sheet is sufficient, typically less than or equal to one fifth of the spatial delay introduced by the liquid crystal layer. Owing to their short delay, the sheets practically do not affect the optical quality in the "white" state, both in incident light normal to the cell, and in oblique incidence. On the other hand, these sheets make it possible to obtain a transmission coefficient in the "black" state at normal incidence which is practically as low as with a twist angle of 900. The delay of each sheet will generally be less than 50 nm and often at 20 nm.

En général, les valeurs de retard spatial dues à la couche de cristal liquide qui seront choisies pour mettre en oeuvre l'invention vont de 280 nm environ, pour un angle de torsion de 00, jusqu'à environ 400 nm, pour un angle de torsion de 800. In general, the spatial delay values due to the liquid crystal layer which will be chosen to implement the invention range from approximately 280 nm, for a twist angle of 00, up to approximately 400 nm, for an angle of twist of 800.

On constate que la mise en oeuvre de l'invention amène dans tous les cas une amélioration du point de vue du contraste en vision latérale, du fait du maintien d'un faible coefficient de transmission dans l'état "noir".  It is noted that the implementation of the invention brings in all cases an improvement from the point of view of the contrast in lateral vision, due to the maintenance of a low transmission coefficient in the "black" state.

L'amélioration est d'autant plus importante que l'angle de torsion se rapproche de zéro. Cela ne se traduit pas par une dégradation gênante du coefficient de transmission dans l'état "blanc", pour un choix convenable du retard spatial donné par la couche de cristaux liquides.The improvement is all the more important as the angle of torsion approaches zero. This does not result in an annoying degradation of the transmission coefficient in the "white" state, for a suitable choice of the spatial delay given by the liquid crystal layer.

Il est encore possible de réduire les fuites de lumière en vision oblique, dans l'état "noir", par adjonction d'au moins une feuille à biréfringence négative, comme dans le cas d'un afficheur ayant un angle de torsion de 900. Encore une fois, il est préférable d'utiliser deux feuilles à biréfringence négative placées chacune d'un côté de la cellule. L'axe optique de la feuille de retard est perpendiculaire aux plaques. It is also possible to reduce light leakage in oblique vision, in the "black" state, by adding at least one negative birefringence sheet, as in the case of a display having a twist angle of 900. Again, it is best to use two negative birefringence sheets each placed on one side of the cell. The optical axis of the delay sheet is perpendicular to the plates.

Le retard spatial total donné par les feuilles sera toujours inférieur au retard introduit par la couche de cristaux liquides. The total spatial delay given by the sheets will always be less than the delay introduced by the liquid crystal layer.

Il est enfin possible de substituer, à une feuille à biréfringence positive et une feuille à biréfringence négative placées d'un même côté de la couche, une feuille de retard unique biaxiale ayant les mêmes propriétés optiques que la combinaison des deux feuilles séparées. It is finally possible to substitute, for a positive birefringence sheet and a negative birefringence sheet placed on the same side of the layer, a single biaxial retardation sheet having the same optical properties as the combination of the two separate sheets.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 montre une constitution possible d'un afficheur conforme à 1invention
- la figure 1A est un schéma montrant les orientations
P1 et P2 des polariseurs d'entrée et de sortie
- la figure 2 est un diagramme montrant une zone optimale de choix du retard spatial À pour des valeurs de l'angle de torsion + données, d'une part sans feuille de compensation à biréfringence positive et d'autre part avec de telles feuilles
- les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant les courbes de variation du coefficient de transmission, en coordonnées polaires, pour un afficheur dont la couche présente un angle de torsion de 300, avec et sans feuilles à biréfringence positive
- la figure 5, similaire à la figure 3, montre des coubes de variation du coefficient de transmission à l'état noir pour un afficheur suivant l'invention à 00 de torsion et un afficheur connu, avec une obliquité de 600 ;
- la figure 6 montre des courbes d'iso-contraste de 10:1 pour un afficheur avec =0 et des feuilles à biréfringence positive (en traits pleins) et pour =900 (en tirets)
- la figure 7 est similaire à la figure 6, et montre l'effet d'une diminution du retard pour =00
L'afficheur dont la constitution de principe est montrée en figure 1 comporte une couche 10 de cristaux liquides nématiques, ayant quelques um d'épaisseur.La couche 10 est emprisonnée entre deux plaques transparentes 12 et 14, généralement en verre. L'intervalle entre les plaques est maintenu constant par des calles entretoises 15. Lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué à la couche, les cristaux sont orientés par des revêtements 16, prévus pour que l'angle de torsion ou "twist" soit inférieur à 900. En règle générale, l'angle ne dépassera pas 850. I1 est possible de descendre jusqu'à 00.
The invention will be better understood on reading the following description of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 shows a possible constitution of a display according to 1invention
- Figure 1A is a diagram showing the orientations
P1 and P2 of the input and output polarizers
FIG. 2 is a diagram showing an optimal zone for choosing the spatial delay λ for given values of the angle of torsion +, on the one hand without a positive birefringence compensation sheet and on the other hand with such sheets
- Figures 3 and 4 are diagrams showing the variation curves of the transmission coefficient, in polar coordinates, for a display whose layer has a twist angle of 300, with and without sheets with positive birefringence
- Figure 5, similar to Figure 3, shows curves of variation of the transmission coefficient in the black state for a display according to the invention at 00 of torsion and a known display, with an obliquity of 600;
- Figure 6 shows iso-contrast curves of 10: 1 for a display with = 0 and sheets with positive birefringence (in solid lines) and for = 900 (in dashes)
- Figure 7 is similar to Figure 6, and shows the effect of a decrease in delay for = 00
The display, the basic structure of which is shown in FIG. 1, comprises a layer 10 of nematic liquid crystals, a few μm thick. The layer 10 is trapped between two transparent plates 12 and 14, generally made of glass. The interval between the plates is kept constant by spacer callets 15. When no electric field is applied to the layer, the crystals are oriented by coatings 16, provided so that the angle of twist or "twist" is less than 900. As a general rule, the angle will not exceed 850. It is possible to descend to 00.

Les plaques 12 et 14 portent des électrodes destinées à constituer des condensateurs élémentaires correspondant chacun à un pixel. Par exemple, la surface interne de la plaque 12 peut porter des électrodes de commande constituant un réseau 18 et reliées chacune à un transistor en couche mince. Les transistors sont distribués en lignes et colonnes et commandés par un circuit non représenté, par l'intermédiaire d'un connecteur 30. L'autre plaque transparente 14 porte une contre-électrode 20 qui est habituellement une pellicule mince d'oxyde indium-étain. La couche de cristaux liquides est séparée des plaques par des couches d'orientation brossées 16. Dans un afficheur en couleurs des filtres colorés 25 sont interposés entre une des plaques de verre 14 par exemple, et la couche de cristaux liquides. La cellule ainsi constituée est placée entre deux polariseurs croisés 26 et 28. The plates 12 and 14 carry electrodes intended to constitute elementary capacitors each corresponding to a pixel. For example, the internal surface of the plate 12 can carry control electrodes constituting an array 18 and each connected to a thin film transistor. The transistors are distributed in rows and columns and controlled by a circuit not shown, via a connector 30. The other transparent plate 14 carries a counter electrode 20 which is usually a thin film of indium tin oxide . The liquid crystal layer is separated from the plates by brushed orientation layers 16. In a color display, colored filters 25 are interposed between one of the glass plates 14 for example, and the liquid crystal layer. The cell thus formed is placed between two crossed polarizers 26 and 28.

Dans le mode particulier de réalisation de l'invention montré en figure 1, deux feuilles à biréfringence positive 34 et 36, d'axe optique parallèle aux plaques sont placées chacune entre l'une des plaques 12 et 14 et le polariseur qui en est le plus proche. In the particular embodiment of the invention shown in FIG. 1, two sheets with positive birefringence 34 and 36, of optical axis parallel to the plates are each placed between one of the plates 12 and 14 and the polarizer which is its closer.

La détermination des caractéristiques s'effectue généralement en recherchant une valeur optimale de b. On en déduit pour des cristaux liquides de nature, donc de an, donné, la valeur de d. Le retard À et de l'angle + corres- pondront généralement au domaine entre les courbes A et B de
la figure 2.
Characteristics are generally determined by looking for an optimal value of b. We deduce for liquid crystals of nature, therefore from an, given, the value of d. The delay A and of the angle + will generally correspond to the domain between the curves A and B of
Figure 2.

On croit que les valeurs favorables pour À augmentent en
même temps que +. Sur la figure, on passe de la plage 0,175
0,325 um pour #=0 à 0,27-0,49 um pour =850.
The favorable values for A are believed to increase in
same time as +. In the figure, we go from the range 0.175
0.325 µm for # = 0 to 0.27-0.49 µm for = 850.

On donnera maintenant quelques exemples de réalisation
de l'invention et des indications sur les caractéristiques
des afficheurs obtenus.
We will now give some examples of implementation
of the invention and indications of the characteristics
displays obtained.

Exemple 1 :
configuration avec torsion de 300 et deux feuilles de retard
à biréfringence positive placées chacune de façon que son
axe optique soit perpendiculaire à la direction des cristaux
liquides à la limite avec la plaque correspondante.
Example 1:
configuration with twist of 300 and two delay sheets
with positive birefringence each placed so that its
optical axis be perpendicular to the direction of the crystals
liquids at the limit with the corresponding plate.

Sans feuille Avec feuilles
Retard des
cristaux liquides 255,2 nm 299,8 nm
Retard d'une feuille 17,6 nm
Transmittance "blanc" 43,4 % 45,1 %
Transmittance "noir" 1,11 % 0,01 %
Les polariseurs étaient croisés avec P1- < 2x300+1800) /4=600.
Without leaf With leaves
Delay of
liquid crystal 255.2 nm 299.8 nm
Sheet delay 17.6 nm
"White" transmittance 43.4% 45.1%
"Black" transmittance 1.11% 0.01%
The polarizers were crossed with P1- <2x300 + 1800) / 4 = 600.

Des courbes de variation de la transmittance en coor
données polaires ont été tracées, pour une incidence oblique
de 600. A l'état "blanc", les résultats avec et sans
feuilles sont pratiquement identiques. L'intérêt de l'inven
tion apparaît notamment sur la figure 3, qui montre la variation du coefficient de transmission à l'état "noir" pour un afficheur classique à cristaux liquides avec un
angle de torsion de 900 (courbe en tirets) et pour un
afficheur optimisé à 300 d'angle de torsion, avec des
feuilles de retard. Le gain obtenu en matière de coefficient de transmission à l'état "noir" se retrouve en matière d'iso-contraste.
Coor transmittance variation curves
polar data have been plotted, for oblique incidence
600. In the "white" state, the results with and without
leaves are practically identical. The interest of the invention
tion appears in particular in Figure 3, which shows the variation of the transmission coefficient in the "black" state for a conventional liquid crystal display with a
torsion angle of 900 (dashed curve) and for a
optimized display at 300 torsion angle, with
delay sheets. The gain obtained in terms of transmission coefficient in the "black" state is found in terms of iso-contrast.

Exemple 2 :
Configuration à angle de torsion de 300 et feuilles à biréfringence positive, orientées avec leur axe optique perpendiculaire à la direction d'orientation des molécules dans le plan médian de la couche de cristaux liquides.
Example 2:
Configuration with a twist angle of 300 and sheets with positive birefringence, oriented with their optical axis perpendicular to the direction of orientation of the molecules in the median plane of the liquid crystal layer.

- Retard de la couche : 296,7 nm - Retard de chaque feuille : 13,5 nm - Transmittance à l'état blanc : 44,4 R - Transmittance à l'état "noir" : 0,04 %
La figure 4 est une comparaison des états noirs entre la transmittance dans le cas de l'exemple 2 (courbe en tirets) et dans le cas de feuilles dont les axes optiques sont placés perpendiculairement chacun à la direction des molécules à la limite (exemple 1).
- Layer delay: 296.7 nm - Delay of each sheet: 13.5 nm - Transmittance in the white state: 44.4 R - Transmittance in the "black" state: 0.04%
FIG. 4 is a comparison of the black states between the transmittance in the case of example 2 (dashed curve) and in the case of sheets whose optical axes are placed perpendicular each to the direction of the molecules at the limit (example 1 ).

Dans le cas d'un tel afficheur, la configuration à deux feuilles orientées de façon que leurs axes optiques soient perpendiculaires à la direction des molécules le long des parois donne des résultats plus favorables en vision oblique (et non plus perpendiculaire) en ce qui concerne la transmission à létat blanc". I1 est également apparu que la configuration avec des axes optiques des feuilles perpendiculaires à la direction dans le plan médian donne naissance à une légère coloration jaune à l'état "blanc".  In the case of such a display, the configuration with two sheets oriented so that their optical axes are perpendicular to the direction of the molecules along the walls gives more favorable results in oblique (and no longer perpendicular) vision as regards transmission in the white state ". It has also appeared that the configuration with optical axes of the sheets perpendicular to the direction in the median plane gives rise to a slight yellow coloration in the" white "state.

Exemnle3
Configuration à 300 d'angle de torsion et feuilles à biréfringence positive orientées pour que les axes optiques soient perpendiculaires aux directions respectives des cristaux liquides à proximité des plaques.
Compensation3
Configuration at 300 of angle of torsion and sheets with positive birefringence oriented so that the optical axes are perpendicular to the respective directions of the liquid crystals near the plates.

Dans cet exemple, la procédure d'optimisation mise en oeuvre diffère des précédentes. On choisit d'abord l'épais seur virtuelle de la couche de cristal liquide. Puis, pour chaque épaisseur, on détermine le retard des feuilles tel que le coefficient de transmission à l'état "noir1 soit inférieur à 0,05 %. In this example, the optimization procedure implemented differs from the previous ones. We first choose the virtual thickness of the liquid crystal layer. Then, for each thickness, the delay of the sheets is determined such that the transmission coefficient in the "black1" state is less than 0.05%.

Des résultats obtenus sont donnés dans le tableau ciaprès. Le premier tableau correspond à la valeur optimisée. Results obtained are given in the table below. The first table corresponds to the optimized value.

Les autres tableaux montrent la possibilité de conserver des résultats favorables avec des valeurs modifiées dans le domaine défini par la figure 2.The other tables show the possibility of keeping favorable results with modified values in the domain defined by FIG. 2.

ETAT "NOIR" ETAT "BLANC"
Couche : 2809,7 nm -- > Retard de
la couche : 299,8 nm
Retard de chaque
feuille : 17,6 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 45,1 % 0,01 %
Couche : 2600 nm -- > > Retard de
la couche : 277,4 nm
Retard de chaque
feuille : 14,5 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 43,3 % 0,04 %
Couche : 2400 nm -- > > Retard de
la couche : 256,1 nm
Retard de chaque
feuille : 12,5 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 41,8 % 0,05 %
Couche : 2200 nm -- > > Retard de
la couche : 234,7 nm
Retard de chaque
feuille : 12,0 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 37,8 % 0,03 t
Couche : 2000 nm -- > > Retard de
la couche : 213,4 nm
Retard de
feuille : 11,0 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 34,0 % 0,03 %
En incidence oblique, la diminution de transmission à l'état "noir" est proportionnellement plus importante que la perte de transmission à 11 état "blanc", lorsqu'on réduit le retard de la couche. En conséquence, on obtient un gain en inclinaison à iso-contraste donné, en contrepartie d'une perte de transmission à l'état blanc".
"BLACK" STATUS "WHITE" STATUS
Layer: 2809.7 nm -> Delay
the layer: 299.8 nm
Delay of each
sheet: 17.6 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 45.1% 0.01%
Layer: 2600 nm ->> Delay
the layer: 277.4 nm
Delay of each
sheet: 14.5 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 43.3% 0.04%
Layer: 2400 nm ->> Delay
the layer: 256.1 nm
Delay of each
sheet: 12.5 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 41.8% 0.05%
Layer: 2200 nm ->> Delay
the layer: 234.7 nm
Delay of each
sheet: 12.0 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 37.8% 0.03 t
Layer: 2000 nm ->> Delay
the layer: 213.4 nm
Delay of
sheet: 11.0 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 34.0% 0.03%
In oblique incidence, the reduction in transmission in the "black" state is proportionally greater than the loss of transmission in the "white" state, when the delay of the layer is reduced. Consequently, a tilt gain with given iso-contrast is obtained, in return for a loss of transmission in the white state ".

ExemDle 4
Configuration avec un angle de torsion de 0 et feuilles à biréfringence positive placées avec leurs axes optiques perpendiculaires à l'orientation de long de la plaque adjacente.
EXAMPLE 4
Configuration with a twist angle of 0 and sheets with positive birefringence placed with their optical axes perpendicular to the long orientation of the adjacent plate.

Les cristaux liquides utilisés étaient encore ceux désignés par la référence ZLI 3771 et des polariseurs croisés, avec P1=(00+1800)/4 = 450.  The liquid crystals used were also those designated by the reference ZLI 3771 and crossed polarizers, with P1 = (00 + 1800) / 4 = 450.

Les résultats obtenus ont été les suivants
SANS FEUILLE AVEC FEUILLES
Retard de la couche : 253,1 nm 282,9 nm
Retard de chaque feuille : 15,7 nm
Transmission à l'état "blanc" : 44,4 z 44,8 %
Transmission à l'état "noir" : 1,36 % 0,02 %
Les mêmes résultats sont obtenus en faisant tourner les polariseurs de 900.
The results obtained were as follows
WITHOUT SHEET WITH SHEETS
Layer delay: 253.1 nm 282.9 nm
Delay of each sheet: 15.7 nm
Transmission in "white" state: 44.4 z 44.8%
Transmission in "black" state: 1.36% 0.02%
The same results are obtained by rotating the polarizers by 900.

Les données ci-dessus sont en incidence normale. Une comparaison plus complète entre cet exemple et une configu ration ayant une torsion de 900 avec les mêmes cristaux liquides nématiques, encore avec un état "blanc" en l'ab- sence de tension appliquée, montre que l'état "blanc" à 0 est aussi bon qu'avec une torsion de 900. The above data are in normal incidence. A more complete comparison between this example and a configuration having a twist of 900 with the same nematic liquid crystals, again with a "white" state in the absence of applied voltage, shows that the "white" state at 0 is as good as with a twist of 900.

La figure 5 montre les courbes de transmission à l'état "noir", pour une obliquité de 600, d'une part pour la configuration à torsion de 900 (en tirets) et d'autre part pour la configuration à torsion de 0 optimisée suivant l'exemple (en traits pleins). Elle fait apparaître une transmission réduite dans un rapport au moins égal à deux pour la quasi-totalité des angles. Figure 5 shows the transmission curves in the "black" state, for an obliquity of 600, on the one hand for the torsional configuration of 900 (in dashes) and on the other hand for the optimized torsional configuration of 0 following the example (in solid lines). It shows a reduced transmission in a ratio at least equal to two for almost all of the angles.

Les courbes d'iso-contraste 10:1 de la figure 6 pour la configuration à torsion de 900 (en tirets) et pour la configuration optimisée à torsion de 00 (en traits pleins) montrent un gain substantiel par mise en oeuvre de l'invention : les obliquités pour un même contraste sont nettement plus élevées dans le cas de l'invention. The 10: 1 iso-contrast curves of FIG. 6 for the torsional configuration of 900 (in dashed lines) and for the optimized torsional configuration of 00 (in solid lines) show a substantial gain by implementing the invention: the obliquities for the same contrast are much higher in the case of the invention.

Comme dans le cas de l'exemple 3, des résultats favorables subsistent même avec des valeurs de À qui ne sont pas optimales. Cela apparaît par exemple en comparant les tableaux ci-après à celui donné plus haut et qui correspond à la configuration optimale. Les tableaux supplémentaires correspondent à des choix légèrement différents. Dans tous les cas, le retard des feuilles est choisi de façon que le coefficient de transmission à l'état "noir" soit inférieur à 0,05%.  As in the case of Example 3, favorable results remain even with values of λ which are not optimal. This appears for example by comparing the tables below to that given above and which corresponds to the optimal configuration. The additional tables correspond to slightly different choices. In all cases, the delay of the sheets is chosen so that the transmission coefficient in the "black" state is less than 0.05%.

ETAT "BLANC" ETAT "NOIR"
Couche de cristaux liquides : 2,6 um -- > Retard de
la couche : 277,4 nm
Retard de chaque
feuille : 15 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 44,4 % 0,02 t
Couche : 2,4 wm -- > > Retard de
la couche : 256,1 nm
Retard de chaque
feuille : 13 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 41,2 % 0,04 %
Couche : 2,2 um -- > > Retard de
la couche : 234,7 nm
Retard de chaque
feuille : 13 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 38,2 % 0,01 t
Couche : 2,0 um -- > > Retard de
la couche : 213,4 nm
Retard de chaque
feuille : 11 nm
COEFFICIENT DE
TRANSMISSION : 35,3 % 0,02 t
De nouveau, en incidence oblique, l'état "noir" est d'autant plus notablement amélioré que le retard de la couche est faible.
"WHITE" STATUS "BLACK" STATUS
Liquid crystal layer: 2.6 µm -> Delay
the layer: 277.4 nm
Delay of each
sheet: 15 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 44.4% 0.02 t
Layer: 2.4 wm ->> Delay
the layer: 256.1 nm
Delay of each
sheet: 13 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 41.2% 0.04%
Layer: 2.2 um ->> Delay
the layer: 234.7 nm
Delay of each
sheet: 13 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 38.2% 0.01 t
Layer: 2.0 um ->> Delay
the layer: 213.4 nm
Delay of each
sheet: 11 nm
COEFFICIENT OF
TRANSMISSION: 35.3% 0.02 t
Again, in oblique incidence, the "black" state is all the more markedly improved when the delay of the layer is low.

La figure 7 fait apparaître le gain angulaire en isocontraste pour une diminution du retard. Les courbes en tirets correspondent à un retard de couche de 213,4 nm, et les courbes en traits pleins aux valeurs optimisées (retad de la couche de 282,9 nm et de chaque feuille de 15,7 nm).  FIG. 7 shows the angular gain in isocontrast for a reduction in the delay. The dashed curves correspond to a layer delay of 213.4 nm, and the solid line curves to the optimized values (retad of the layer of 282.9 nm and of each sheet of 15.7 nm).

Mais ce gain en iso-contraste est contrebalancé par une perte de transmission à l'état "blanc". However, this gain in iso-contrast is offset by a loss of transmission in the "white" state.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Afficheur à cristaux liquides et à matrice active, comprenant une cellule ayant une couche mince (10) de cristaux liquides nématiques en hélice emprisonnée entre deux plaques transparentes (12,14) en regard, portant des électrodes (18,20) de création de champ électrique reliées à un circuit de commande et comprenant deux polariseurs croisés (26,28) encadrant la cellule, 1. Liquid crystal and active matrix display, comprising a cell having a thin layer (10) of helical nematic liquid crystals trapped between two transparent plates (12,14) facing each other, carrying creation electrodes (18,20) electric field connected to a control circuit and comprising two crossed polarizers (26,28) framing the cell, caractérisé en ce que : la couche à cristaux liquides est telle qu'elle provoque une torsion + de moins de 900. characterized in that: the liquid crystal layer is such that it causes a + twist of less than 900. 2. Afficheur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le des polariseur d'entrée (Pl) fait avec l'orientation au repos des cristaux dans la couche limite adjacente un angle de l'ordre de (2++x)/4, avantageusement (2X)/4,  2. Display according to claim 1, characterized in that the input polarizer (Pl) makes with the orientation at rest of the crystals in the adjacent boundary layer an angle of the order of (2 ++ x) / 4 , advantageously (2X) / 4, 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle + est compris entre 0 et 850. 3. Device according to claim 1, characterized in that the angle + is between 0 and 850. 4. Afficheur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la couche à cristaux liquides présente un retard À fonction de la torsion + et variant dune valeur comprise entre 0,175 et 0,325 um pour +=0 jusqu'à une valeur comprise entre 0,27 et 0,49 um pour +=85 .  4. Display according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the liquid crystal layer has a delay As a function of the torsion + and varying from a value between 0.175 and 0.325 µm for + = 0 up to a value between 0.27 and 0.49 µm for + = 85. 5. Afficheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte également une feuille de retard (34,36) à biréfringence positive placée entre la couche de cristaux liquides et l'un des polariseurs ou deux feuilles placées chacune entre la couche et un polariseur respectif, l'axe optique de la feuille ou des feuilles étant parallèle aux plaques. 5. Display according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it also comprises a delay sheet (34,36) with positive birefringence placed between the layer of liquid crystals and one of the polarizers or two sheets each placed between the layer and a respective polarizer, the optical axis of the sheet or sheets being parallel to the plates. 6. Afficheur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le retard spatial donné par la feuille est inférieur à 50 nm, habituellement 20 nm. 6. Display according to claim 5, characterized in that the spatial delay given by the sheet is less than 50 nm, usually 20 nm. 7. Afficheur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'axe optique de la feuille ou de chaque feuille de retard est perpendiculaire à la direction des cristaux liquides à la limite avec la face de la plaque dont elle est la plus proche. 7. Display according to claim 5 or 6, characterized in that the optical axis of the sheet or of each delay sheet is perpendicular to the direction of the liquid crystals at the limit with the face of the plate to which it is closest. . 8. Afficheur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte également une feuille à biréfringence négative placée entre la couche de cristaux liquides et un des polariseurs de façon que son axe optique soit perpendiculaire aux plaques ou deux telles feuilles placées chacune entre la couche et un polariseur respectif. 8. Display according to claim 5 or 6, characterized in that it also comprises a negative birefringence sheet placed between the layer of liquid crystals and one of the polarizers so that its optical axis is perpendicular to the plates or two such sheets each placed between the layer and a respective polarizer. 9. Afficheur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la feuille ou chaque feuille présente également une biréfringence négative, d'axe optique perpendiculaire aux plaques, de sorte que la feuille ou chaque feuille est du type bi-axial.  9. Display according to claim 5 or 6, characterized in that the sheet or each sheet also has a negative birefringence, of optical axis perpendicular to the plates, so that the sheet or each sheet is of the bi-axial type.
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