FR2763145A1 - Dispositif a cristaux liquides comprenant des moyens d'ancrage perfectionnes sur au moins une plaque de confinement donnant une orientation degeneree sans memoire - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement (1, 2), caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques (2) est munie d'un traitement de passivation de la surface de celle-ci par inhibition des sites d'adsorption sur cette surface pour définir un ancrage azimuthal dégénéré, sans mémoire orientationnelle azimutale.

Description

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à cristaux liquides.

ETAT DE LA TECHNIQUE
I1 est bien connu de l'homme de l'art que les molécules des nématiques et des cristaux liquides en général au contact avec une surface limitrophe s'orientent suivant une ou plusieurs directions, grace à l'interaction avec le substrat.

Par exemple, sur une surface solide frottée dans une direction, les molécules mesogenes s'orientent généralement dans une direction proche de la direction du frottement. Cette orientation, dite monostable, est caractérisée par une seule direction "facile" pour le nématique, définie habituellement par les angles 60 et ço (voir figure 1): l'angle zénithal 80, entre l'axe facile f et la normale z au substrat; et l'angle azimutal tpo entre l'axe facile f et une direction fixe choisie dans le plan du substrat.

L'axe facile f correspond à un minimum de l'énergie d'interaction du nématique avec la phase limitrophe.

En appliquant un champ extérieur on peut réorienter le nématique sur la surface. L'énergie de surface augmente et cette énergie supplémentaire, due à la déviation du directeur de surface nS par rapport à l'axe facile f, est appelée énergie d'ancrage W et elle est une fonction des angles o et (p qui définissent nS: W=W(6, < p)
Dans le cas d'ancrage monostable, l'énergie d'ancrage W a un seul minimum, qui correspond à un seul axe facile (généralement, on ne fait pas la différence entre la direction nS et la direction opposée -nS, parce que la phase nématique est non-polaire). Un grand nombre de traitements (voir [1] ) donnent cet ancrage simple, qui est très largement utilisé dans les dispositifs d'affichage à cristaux liquides.

I1 existe pourtant des ancrages avec plusieurs minimums d'énergie W et donc avec plusieurs directions faciles. Par exemple, sur des couches de SiO évaporées sous vide dans certaines conditions, l'orientation des nématiques est bistable, avec deux directions faciles fl et f2 (voir figure 2) définies par 602 = 001 et (P02 = - (Pol. Plusieurs dispositifs ont été proposés et réalisés, utilisant les ancrages bistables des nématiques. Voir documents [2-5].

Une autre classe d'ancrages bien connu sont les ancrages dégénérés. Dans ce cas, il existe tout un continuum de directions faciles, qui correspondent au même angle zénithal 60 et à un angle azimutal arbitraire. L'énergie d'ancrage dans ce cas est une fonction seulement de û et ne dépend pas de tp: W=W(0)
On peut dire dans ce cas que l'ancrage azimutal n'existe pas ou qu'il est infiniment mou.

Suivant la valeur de 60 on peut distinguer l'ancrage dégénéré planaire (û0 = 90 ), avec nS parallèle à la surface, ou l'ancrage conique dégénéré (0 < û0 < 90 ), avec nS qui peut tourner sur un cône d'ouverture 20o (voir figure 3). Un autre cas particulier correspond à û0=0 (ancrage homéotrope), qui donne en effet un ancrage monostable, avec les molécules perpendiculaires à la surface ((p n'est pas défini quand o=0).

Les ancrages dégénérés sont typiques sur une interface plane entre le nématique et une phase isotrope. En effet, rien n'impose dans ce cas une direction azimutale et par symétrie le minimum d'énergie d'ancrage est réalisé pour tous les angles ç possibles (Os(p < 360").

Expérimentalement, l'ancrage dégénéré a été souvent observé sur les surfaces libres des gouttes nématiques ou sur les interfaces nématique - liquide. Ce type d'ancrage a été étudié du point de vue académique, mais n'a trouvé pour l'instant aucune application, en raison de sa nature instable : l'interface liquide-liquide ou liquide-gaz est très facile à déformer, elle crée facilement des défauts et il est difficile d'appliquer un champ électrique à travers cette interface.

On trouvera des exposés sur l'état de l'art relatif aux ancrages dégénérés dans le document [6].

BASE DE L'INVENTION
Il résulte des études conduites par les inventeurs qu'en principe, un ancrage dégénéré peut être obtenu sur toutes les surfaces solides isotropes, par exemple verres minéraux ou organiques, mais qu'en réalité, cet ancrage est rarement observé, parce que deux phénomènes principaux interviennent.

Le premier de ces phénomènes identifié par les inventeurs correspond à une adsorption des molécules mesogenes sur la surface.

Au premier contact entre le nématique et le substrat, par exemple pendant le remplissage de la cellule, aucune direction azimutale n'est imposée et l'orientation des molécules est définie par hasard ou par l'écoulement. L'orientation initiale est donc habituellement très inhomogène, avec 0=60 et ç arbitraire, mais avec ç dépendant de la position sur le substrat. Très rapidement, les molécules nématiques en contact direct avec la surface sont adsorbées sur le substrat. Ainsi leur ordre et leurs orientations sont mémorisés sur la surface et imposés aux molécules nématiques qui restent dans le volume à proximité du substrat. Malgré que théoriquement l'adsorption est un processus réversible, en pratique les temps caractéristiques pour la désorption à température ambiante sont très longs (des jours ou même des années). L'orientation de l'échantillon reste donc mal définie, inhomogène et fortement ancrée sur le substrat.

Le second de ces phénomènes identifié par les inventeurs correspond à une orientation du substrat par le nématique.

En effet, dans le cas des substrats relativement mous, par exemple des couches polymères, un second phénomène peut se produire.

Même si l'adsorption est faible, l'interaction du substrat avec le nématique peut le rendre anisotrope, par exemple par orientation locale des chaines polymères. Encore une fois on obtient une mémorisation sur le substrat de l'état initial mal défini et inhomogène, accompagnée aussi par une énergie d'ancrage azimutal qui détruit l'ancrage dégénéré.

Suite à ces deux phénomènes de mémoire orientationnelle,
L'ancrage dégénéré sur des surfaces solides semble difficile à produire et à utiliser. Pour cette raison, L'ancrage dégénéré n'a trouvé pour l'instant aucune application.

La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les dispositifs à cristaux liquides pour permettre l'exploitation d'un ancrage dégénéré ou presque dégénéré.

Plus précisément la présente invention a pour but de proposer de nouveaux moyens permettant d'obtenir des ancrages dégénérés, ou presque dégénérés, et sans mémoire des cristaux liquides sur des substrats solides et permettant l'utilisation de ces ancrages dans des dispositifs d'affichage.

Ces buts sont atteints dans le cadre de la présente invention grace à un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement, caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques est munie d'un traitement de passivation de la surface de celle-ci par inhibition des sites d'adsorption sur cette surface pour définir un ancrage azimuthal dégénéré, sans mémoire orientationnelle azimutale.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le traitement comporte un revêtement comprenant un polymère comportant des chaines fluides ou très mobiles.

DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente l'orientation azimutale de direction "facile" du directeur nématique par rapport à une plaque de confinement et l'orientation zénithale de la direction facile par rapport à la normale à celle-ci, - la figure 2 représente l'orientation de deux directions faciles dans le cas d'un ancrage bistable, - la figure 3 schématise le cas d'un ancrage conique, - la figure 4 représente l'énergie de l'ancrage zénithal pour un alignement planaire monostable, - la figure 5 représente l'énergie de l'ancrage zénithal pour un ancrage bistable symétrique ou pour un ancrage conique dégénéré, - la figure 6 représente la texture du cristal liquide au cours de six étapes successives d'un processus de commutation, - la figure 7 représente la texture du cristal liquide au cours de quatre étapes successives d'un processus de commutation conforme à une autre variante de la présente invention, - la figure 8 représente quatre étapes successives d'un autre processus conforme à la présente invention sans cassure de l'ancrage; - la figure 9 représente la réponse optique entre polariseurs croisés d'une cellule conforme à la présente invention, - la figure 10 représente deux textures plates susceptibles d'être obtenues avec un ancrage planaire sur une contre-lame, - la figure 11 représente les seuils d'inscription en fonction de la durée des impulsions de commande, mesurés sur une cellule comportant un traitement en polyisoprene, - la figure 12 représente les seuils d'inscription en fonction de la durée des impulsions de commande, mesurés sur une cellule comportant un traitement en polystyrène, - la figure 13 représente le temps d'effacement spontané d'une cellule en fonction du carré de l'épaisseur de la cellule concernée, et - la figure 14 représente différentes courbes illustrant la réponse optique d'une cellule conforme à la présente invention pour des impulsions électriques de commande d'une durée fixe et d'amplitudes différentes.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION a) caractéristiques de l'invention relatives à la Dassivation du substrat par saturation des sites d'adsorption avec des surfactants.

Comme indiqué précédemment, selon une première approche de la présente invention, la mémoire indésirable de la surface d'une plaque de confinement est supprimée grâce à une couche mince d'un surfactant approprié sur le substrat. Le rôle du surfactant est d'occuper les sites d'adsorption disponibles sur la surface et de cette façon de "passiver" le substrat, rendant impossible l'adsorption du cristal liquide lui-même.

Ce matériau de passivation peut être formé de tout surfactant qui réagit fortement avec la surface de la plaque de confinement et qui s'adsorbe facilement sur elle, de préférence d'une façon définitive. De préférence, ce surfactant est en plus adapté pour ne pas intéragir fortement avec le cristal liquide, par exemple ne pas s'orienter facilement par les interactions anisotropes avec les molécules mesogenes.

Une fois recouverte par les molécules du surfactant la surface de la plaque de confinement devient inerte : elle n'adsorbe plus les molécules du cristal liquide, et de plus elle ne devient pas anisotrope sous leur action.

Pour un substrat rigide et plat, par exemple verre minéral, une couche monomoléculaire du surfactant est suffisante pour saturer tous les sites d'adsorption disponibles et passiver la surface. Pour un substrat fortement rugueux et poreux, par exemple une couche de SiO évaporée, le film de surfactant est de préférence plus épais pour assurer la passivation.

Pour des substrats mous, par exemples des polymères, le matériau de passivation est avantageusement formé d'une couche plus épaisse pour écranter fortement l'interaction substrat - cristal liquide et pour éviter de cette façon l'orientation du polymère et l'hysteresis qui en résulte.

Pour réaliser la passivation de substrats différents par saturation des sites d'adsorption, les inventeurs ont testé notamment plusieurs surfactants appartenant à la famille des silanes organofonctionnelles, comportant des groupes chlorosilane (Si-Cl), silanol (Si-OH), ou alkoxysilane (Si-CnH2nOH). Pour s'accrocher sur la surface ces produits présentent la propriété de s'adsorber facilement sur le verre ou sur d'autres substrats et après un traitement thermique de réagir chimiquement avec la surface et entre eux. La couche de surfactant obtenue de cette façon est très solide et impénétrable pour les molécules mésogènes.

Le groupe organofonctionnel est choisi de façon à minimiser l'interaction entre le surfactant et la molécule mésogène, pour éviter les phénomènes de mémoire et d'hysteresis.

L'invention n'est cependant pas limitée à la famille des silanes organofonctionnelles.

Elle s'étend à tout composé équivalent, c'est à dire tout composé apte à remplir les deux fonctions précitées : a) s'ancrer sur le substrat, b) mais sans interagir avec le matériau cristal liquide, tel que par exemple aux complexes de chrome. On trouvera dans le document [7] des exemples de complexes de chrome aptes à définir un ancrage homéotrope.

Les résultats expérimentaux ont démontré que la plupart des silanes testés diminuent la mémoire des substrats sur lesquels ils sont déposés.

Des résultats très interessants et reproductibles ont notamment été obtenus avec le produit 3-Glyceryloxypropyl Trimethoxysilane (GLYMO). Ce produit a été déposé en couches fines (de 20A à 1000A) sur les substrats à partir d'une solution en isopropanol (de 0,01% à 0,5%). Les couches ont été cuites pendant une heure à 120 C ou 200"C pour les rendre insolubles dans le cristal liquide. Pour tester l'ancrage les inventeurs ont utilisé le nématique pentylcyanobiphenyl (5CB) à température ambiante.

Les cellules de test étaient construites en utilisant deux lames différentes la plaque testée, traitée en surfactant, et une lame "standard" avec ancrage fort et monostable (SiO évaporé).

Sur tous les substrats isotropes utilisés (verre, verre flotté,
Oxyde double d'Indium et d'Etain) les inventeurs ont observé que le dépôt d'une couche de GLYMO plus épaisse qu'environ îooA conduit à un ancrage planaire (6o - 90 ) dégénéré sans aucune mémoire orientationnelle : l'orientation du nématique dans la cellule test est uniforme, définie par la lame standard, et sous l'action d'un champ électrique ou magnétique externe cette orientation change d'une façon uniforme et sans mémoire. L'énergie d'ancrage azimutale sur les substrats munis d'une couche de passivation plus épaisse que lO0A est strictement égale à zéro. Les couches plus fines que îooA donnent une énergie d'ancrage azimutale très faible, un ancrage moins uniforme et des résultats moins reproductibles.

Les inventeurs ont testé aussi l'action des couches de passivation du produit GLYMO sur des substrats anisotropes. Les substrats testés étaient des lames de verre avec des électrodes transparentes d'lTO et une couche fine (5 à 1000A) de SiO, évaporée à vide sous angle rasant (75 ). Sans couche de passivation l'orientation du nématique 5CB sur ces substrats est suivant les conditions d'évaporation, planaire monostable, bistable inclinée et monostable inclinée. Dans tous les cas, les substrats montrent une très forte mémoire de l'orientation initiale du nématique, due à la forte adsorption des molécules mésogènes sur la couche poreuse et polaire de SiO.

Après l'application d'une couche fine (2 20A) de passivation, la mémoire orientationnelle disparaît presque complètement. Sur tous les substrats l'alignement du 5CB sur les couches de passivation est planaire (sans pretilt) monostable, dans une direction perpendiculaire au plan d'évaporation. L'énergie de l'ancrage azimutal est très forte pour les couches les plus fines, avec une longueur d'extrapolation Ls40A. Cette énergie d'ancrage faiblit progressivement quand l'épaisseur d du film
GLYMO augmente et pour d > 200A, L diverge et l'ancrage devient planaire dégénéré.

Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, l'épaisseur de la couche de passivation est de préférence comprise entre 20 A et 500 A.

Des résultats similaires ont été obtenus en passivant avec une couche de GLYMO des substrats de verre ou d'lTO, rendus anisotropes par frottement. Sans passivation, ces substrats alignent le 5CB d'une façon planaire monostable, avec un ancrage azimutal fort et une mémoire de surface très importante. En déposant une couche de GLYMO sur les substrats, les inventeurs ont observé une disparition complète de la mémoire et un affaiblissement de la force d'ancrage. A nouveau, l'énergie d'ancrage diminue progressivement quand d augmente et à d > 200A elle s'annule complètement : l'ancrage devient planaire dégénéré, avec une mémoire négligeable.

Des résultats similaires ont également été obtenus avec un frottement unidirectionnel de la couche de GLYMO déposée préalablement sur un substrat isotrope.

Ces résultats confirment que la mémoire orientationnelle d'une plaque de confinement peut être supprimée par un traitement de surfactant approprié, qui sature les sites d'adsorption disponibles sur le substrat. Deux objectifs différents sont atteints par ce traitement a) diminuer fortement ou supprimer complètement la mémoire de surface sur des substrats isotropes. Les ancrages planaires ou coniques dégénérés qui en résultent sont très homogènes, faciles à utiliser et sans hysteresis orientationnel.

b) sur des substrats anisotropes ce traitement permet aussi de modifier la force d'ancrage azimutale. Ainsi la force des ancrages monostables ou bistables peut etre diminuée, les rendant presque dégénérés, avec un seuil de cassure de l'ancrage azimutal très bas.

Selon une autre variante conforme à la présente invention, le traitement de passivation peut être formé du dépôt d'un revêtement suffisamment épais pour interdire l'accès aux sites d'adsorption formés sur le substrat, par les molécules de cristal liquide, sans que pour autant le revêtement ne sature chacun de ces sites.

b) Caractéristiques de l'invention relatives à la "lubrification" de l'ancrage azimutal sur les surfaces par des couches polymères avec des chaînes fluides ou très mobiles
La présente invention propose également pour éviter l'hysteresis de surface, d'appliquer sur le substrat une couche liquide ou vitreuse isotrope, dont les molécules peuvent non seulement inhiber les sites d'adsorption sur le substrat comme indiqué précédemment, mais en outre peuvent facilement se réorienter ou se déformer de sorte que la plaque de confinement ainsi traitée perde toute la mémoire de l'orientation précédente. Cette couche joue le rôle d'un lubrifiant orientationnel : elle permet à l'orientation du directeur nématique nS sur la surface de glisser sur le substrat sans aucune friction, ni hysteresis. Il faut noter que dans ce cas il n'est pas gênant que les molécules mésogènes s'adsorbent sur la couche lubrifiante : quand on applique un couple sur nS, les molécules adsorbées vont facilement se réorienter sans désorption, grâce à la déformation et à la réorientation des molécules "molles" de la couche lubrifiante.

Un tel produit "lubrifiant d'ancrage" peut etre formé de polymères qui sont en phase liquide en température ambiante (ou plus précisément, dans tout le domaine de stabilité thermique de la phase mésogene utilisée). Dans ce cas, il est nécessaire de greffer la couche lubrifiante sur le substrat pour accrocher fortement ses molécules et éviter leur solution ou diffusion dans le cristal liquide. Les couches ainsi préparées sont à la fois très stables du point de vue macroscopique et très mobiles au niveau moléculaire. Alternativement, il est aussi possible d'utiliser comme lubrifiants d'ancrage des polymères solides, dans leur état vitreux, à condition que leurs chaines soient assez mobiles et leur viscosité soit modérée. Cette condition est facile à satisfaire si le polymère est proche à la température ambiante de son point de fusion.

Les inventeurs ont notamment testé plusieurs polymères liquides de la famille des siloxanes et des polymères vitreux, avec une température de fusion proche de l'ambiante (par exemple le polyisoprene et le polybutadiene). Ces produits présentent une grande mobilité de leurs chaînes. Deux nématiques à température ambiante ont été utilisés dans cette étude : le 5CB et le mélange nématique MLC 6012 (Merck). Tous les produits, déposés en couches fines sur les substrats, ont donné des ancrages dégénérés des deux nématiques étudiés et sans aucune mémoire orientationnelle.

Nous allons décrire un résultat typique, obtenu avec le polymère polyisoprene qui est vitreux à l'ambiante. Une fine couche uniforme ( < 300A) est déposée à la tournette à partir d'une solution (0.3 à 3%) en cyclohexane. La couche est utilisée sans aucun traitement thermique pour éviter le passage du polymère en phase liquide, qui détruirait l'uniformité du film. A long terme (des jours) les inventeurs ont observé des phénomènes de transport du polyisoprene de la lame étudiée vers la lame standard, utilisée dans les cellules de test. Pour cette raison, les inventeurs ont utilisé des lames standards dont l'ancrage n'est pas sensible à la migration lente des molécules du polyisoprene : des couches de polyimide frotté, qui donnent un ancrage fort monostable, planaire ou incliné.

Les couches polyisoprene déposées sur des substrats isotropes (verre ordinaire, verre flotté, électrode transparente d'ITO sur verre) donnent une excellente orientation dégénérée des nématiques étudiés.

Aucune mémoire de l'ancrage n'a été détectée dans les cellules de test l'orientation de l'axe facile sur le polyisoprene reste toujours dans le même plan, que sur la lame standard. Sous l'action des champs extérieurs,
I'axe facile sur la lame étudiée se réoriente d'une façon uniforme sans hysteresis et sans aucune énergie d'ancrage azimutale.

Quand les couches de polyisoprene sont déposées sur des substrats anisotropes (verre ou ITO frotté, SiO évaporé), qui donnent d'habitude un fort ancrage monostable, l'énergie d'ancrage azimutale diminue. En changeant l'épaisseur de la couche déposée, les inventeurs ont observé une transition progressive entre l'ancrage fort monostable du substrat et l'ancrage dégénéré typique pour la couche polyisoprene. Ceci s'accompagne aussi d'une complète disparition de la mémoire orientationnelle.

Finalement, l'angle zénithal 6o de l'ancrage dégénéré sur le polyisoprene dépend de la nature du substrat et du nématique. Pour le mélange nématique MLC 6012 (Merck), l'ancrage est toujours planaire dégénéré (80 = 90 ). Pour le 5CB, l'ancrage est planaire dégénéré pour polyisoprene déposé sur SiO évaporé, tandis qu'il est conique dégénéré (80 proche de 55 , l'angle "magique") si le film de polyisoprene est déposé directement sur le verre.

Des résultats très similaires ont été obtenus par greffage sur les substrats du polystyrène terminé par un groupe chlorosilane, qui était synthétisé spécialement pour cette étude. Le polystyrène utilisé pour modifier les surfaces (appelé par la suite PS fonctionnel) a été synthétisé par voie anionique selon une méthode classique, de façon à obtenir des chaînes de polymère terminées à une seule extrémité par SiCl3. La masse moléculaire du PS fonctionnel est typiquement de 40 000g/mol mais peut être variée de 1 000 à 106 g/mol.

Pour greffer le polymère, on prépare d'abord une solution de
PS fonctionnel dans du toluène anhydre, à une fraction volumique de l'ordre de 5%. Les surfaces à greffer sont nettoyées dans un courant d'oxygène, sous UV. La solution de PS fonctionnel est déposée sur ces surfaces propres à la tournette. Après évaporation du toluène, les surfaces recouvertes de PS fonctionnel sont mises à l'étuve sous vide, pendant 24 heures typiquement, à une température de 1600C. L'excès de polymère fonctionnel est ensuite enlevé par dissolution à froid dans du toluène, éventuellement avec l'aide d'ultrasons. La quantité de PS greffé est mesurée par ellipsométrie.

Le greffage du polystyrène sur des substrats isotropes (verre ou
ITO) résulte en ancrage conique dégénéré du nématique SCB, sans aucune mémoire, très homogène et reproductible. En plus, le traitement par polystyrène greffe est très stable dans le temps : les molécules greffées ne se dissolvent pas dans le cristal liquide et restent accrochées sur la surface même après des traitements mécaniques, par exemple après un frottement unidirectionnel sur tissu.

Le greffage du polystyrène sur des substrats anisotropes (verre ou ITO frotté, SiO évaporé) diminue l'énergie d'ancrage azimutal et supprime la mémoire d'ancrage. En variant l'anisotropie initiale du substrat ou la densité du greffage, les inventeurs ont observé une variation continue de l'énergie d'ancrage azimutal entre la valeur forte habituelle pour les substrats non traités et l'ancrage typique dégénéré de la couche greffée. De cette façon les inventeurs ont réussi à obtenir des ancrages presque dégénérés très reproductibles. Des résultats similaires ont été obtenus aussi par frottement mécanique de la couche de polystyrène déjà greffée.

c) Mise en oeuvre de l'invention pour la réalisation d'un dispositif d'affichage
La plupart des dispositifs d'affichage nématiques utilisent seulement des effets de volume. Dans ces afficheurs les changements de texture se réalisent par des déformations continues dans le volume et sans aucune réorientation sur les surfaces. Par leur nature même, ces dispositifs demandent des ancrages forts monostables pour leur fonctionnement.

Récemment, des afficheurs nématiques utilisant une cassure de l'ancrage sur les surfaces ont été proposés et réalisés. Voir documents [25], [8], [9]. Dans ces dispositifs, l'orientation du cristal liquide sur la surface change brutalement au cours du fonctionnement de l'afficheur, permettant ainsi de transformer la texture volumique et de commuter entre deux textures bistables (i.e. des textures qui restent stables pour des longs temps sans l'application de champs externes). Les avantages principaux de ces dispositifs sont leur bistabilité et leur rapidité de commutation. Pourtant les afficheurs nématiques à bistabilité de surface présentent aussi certains inconvénients : leurs ancrages sont plus difficiles à réaliser et à controler.

L'afficheur proposé dans les documents [2-5] requiert des ancrages assez complexes : les deux états utilisés se distinguent à la fois par leur angle azimutal et zénithal (angle de pretilt). Pour l'instant ces ancrages restent difficiles à réaliser.

Le dispositif proposé dans les documents [8] et [9] utilise des ancrages plus simples (monostables). Mais pour diminuer la durée et la tension des impulsions de commande, il exige des énergies d'ancrage zénithal modérées ou faibles, dont les technologies de production ne sont pas encore bien maîtrisées.

Les inventeurs proposent maintenant de nouveaux moyens permettant de produire des ancrages dégénérés (i.e. sans énergie d'ancrage azimutale, ni de mémoire de surface) ou presque dégénérés (i.e.

avec une faible énergie d'ancrage azimutale et sans mémoire de surface).

Ces ancrages sont faciles à produire et à contrôler avec des champs électriques extérieurs. Leur force d'ancrage zénithal est modérée ou même faible, et pour cette raison ils peuvent être utilisés dans les dispositifs d'affichage.

La commande de commutation des afficheurs d'ancrage dégénéré requiert une cassure de l'ancrage dégénéré puis une commande de l'ancrage cassé.

c 1) Cassure de l'ancrage dégénéré.

Pour comprendre la cassure de surface dans le cas d'un ancrage dégénéré, nous allons d'abord rappeler le cas le plus simple de la cassure d'un ancrage monostable. Sur la figure 4 est présentée l'énergie de l'ancrage zénithal, qui correspond à un alignement planaire monostable.

En absence de champ extérieur, le directeur nS sur la surface s'oriente suivant le minimum de W(û), qui correspond a e = - 90 (ces deux directions sont physiquement équivalentes, pour cette raison on considère l'ancrage comme monostable).

Sous champ électrique E, les molécules dans le volume s'orientent le long du champ (en supposant que l'anisotropie diélectrique du cristal liquide est positive). Un couple est exercé sur nus: le nématique se réoriente sur la surface sous l'action du champ. En général, plus fort est le couple extérieur, plus la nouvelle orientation de nS</R

En pratique, la seule direction sur laquelle il est facile d'appliquer un fort champ E est la normale aux plaques. La cassure d'ancrage déjà décrite est donc possible, par symétrie, seulement pour des ancrages planaires, ou pour d'autres ancrages symétriques par rapport à e=O.

L'énergie zénithale d'un tel ancrage, l'ancrage bistable symétrique, est présentée sur la figure 5. Cet ancrage peut être cassé par un champ normal à la cellule dans deux directions différentes : o= O, si g > 0; 0=290 , Si A < O. La même figure 5 peut également être interprétée comme la partie zénithale d'un ancrage dégénéré, qui par définition a une énergie azimutale nulle (les deux branches 0 > 0 et o < 0 correspondent dans ce cas au même angle zénithal e et à deux angles azimutals qui diffèrent de 1800). Pour cet ancrage conique dégénéré restent valables les mêmes conclusions, que pour l'ancrage conique bistable : il casse à 6=0 ou à 6=900 (et zp arbitraire).

Dans le cadre de l'invention on peut considérer les ancrages symétriques bistables comme des ancrages très proches de l'ancrage dégénéré : l'énergie de l'ancrage dégénéré W(û) a une symétrie cylindrique et elle est une fonction de û seulement ;si on superpose à cette énergie une faible énergie azimutale Wç(ç), symétrique par rapport à qw0, on obtient l'ancrage symétrique bistable. L'ancrage obtenu par cette superposition est appelé "ancrage presque dégénéré" dans le cadre de la présente demande de brevet.

Un cas particulier de l'ancrage presque dégénéré est obtenu si on part d'un ancrage planaire dégénéré ( 00=90 ) : c'est un ancrage planaire avec une très faible énergie azimutale.

Dans le cas des ancrages dégénérés (ou presque dégénérés) l'énergie azimutale de l'ancrage est nulle (ou très faible), mais l'énergie zénithale est arbitraire et peut être forte. En pratique, ces ancrages sont moins anisotropes que les ancrages monostables et leur ancrage zenithal est d'habitude modéré ou faible.

c2) Commande de l'ancrage cassé.

Différents moyens peuvent être utilisés pour assurer la commande de l'ancrage cassé.

Selon un mode de réalisation préférentiel cette commande est assurée par un écoulement hydrodynamique de surface. Une telle commande par effet hydrodynamique de surface peut être conforme aux dispositions décrites dans les documents [8] et [9] auxquels on se reportera utilement pour une bonne compréhension de la présente invention.

Nous allons d'abord considérer la cellule présentée sur la figure 6a. La plaque 1 a un ancrage classique monostable et fort, de préférence avec un pretilt (601 < 900). La lame 2 a un ancrage conique ou planaire dégénéré (Û02i0, (P02 arbitraire) conforme à la présente invention.

L'énergie élastique de volume se minimise pour la texture plane avec w2=180 , présentée sur la figure 6a.

Si on applique un champ électrique EC1 > E > Ec2 perpendiculaire aux plaques 1 et 2, l'ancrage sur la lame 2 à ancrage dégénéré casse et on obtient la texture pratiquement homéotrope de la figure 6b. Eci et EC2 correspondent aux seuils de cassure respectivement sur les deux plaques.

Si on coupe brusquement le champ E, la lame 2 se trouve dans un équilibre instable, sans aucun couple appliqué sur elle. La lame 1, par contre, est en déséquilibre et un fort couple de rappel, du à l'ancrage, agit sur les molécules à sa proximité, les obligeant à revenir vers leur orientation initiale. Ce retour crée un écoulement de masse, qui diffuse rapidement dans la cellule jusqu'à la lame 2 (figure 6c). Par l'interaction avec cet écoulement, les molécules sur la lame 2 partent dans la direction opposée à leur orientation initiale ( < p2=0, figure 6c).

Dès que 00, le couple de rappel dû à l'ancrage zenithal de la lame 2 réapparaît et accélère la relaxation de la lame 2 vers l'état 62=620, w2=0 (figure 6d). Cette texture (figure 6d), réalisée rapidement (quelques dizaines de microsecondes) après la fin de l'impulsion de commande, est différente de la texture initiale - l'afficheur est inscrit.

La texture inscrite conforme à la figure 6d, pourtant, n'est pas stable si e1 et e2 sont suffisamment grands, car elle présente une énergie élastique de flexion importante. Spontanément après quelques milisecondes, elle relaxe vers une texture en hélice conique en volume sans changer les ancrages en surface (fig 6e). Cette torsion en volume applique un couple azimuthal sur l'ancrage dégénéré de la plaque 2 qui fait tourner le directeur sur le cône d'ancrage (fig 6f) et finalement le fait revenir à la position d'équilibre ç = 180 en déroulant l'hélice conique (fig 6a). Le mouvement sur le cône est ralenti par la viscosité de surface et dure quelques dixièmes de millisecondes.

En revanche, la texture de la figure 6d peut être stable si 61 et 62 sont faibles. Le dispositif résultant présente ainsi des propriétés bistables.

On obtient donc un afficheur monostable, qui peut être inscrit avec des impulsions très courtes (js10|ss) et qui s'efface spontanément dans un temps beaucoup plus long (wlOms). En plus, selon l'application, te peut être ajusté dans des larges limites par modification des ancrages et de l'épaisseur de la cellule.

Bien entendu d'autres processus peuvent être utilisés pour assurer la commande de l'ancrage cassé.

Si nécessaire, l'afficheur de la figure 6 peut être transformé en afficheur bistable. D'une part, si l'angle moyen de l'inclinaison des molécules (61+62)/2 est inférieur à une valeur critique Oc, l'état fléchi (figure 6d) est stable. En effet, pour passer de l'état fléchi à l'état uniforme incliné (figure 6a) d'énergie minimum, la texture doit passer par l'état tordu de 1800 (figure 6e). Cet état intermédiaire forme une barrière qui stabilise l'état fléchi tant que (81+82)/2 < 8,. L'angle critique dc varie d'environ 45" pour les composés dont l'énergie de flexion est très faible à 90 (état fléchi toujours stable) pour les composés dont les énergies élastiques de flexion et de torsion sont égales.

D'autre part, il suffit de remplacer l'ancrage sur la lame 2 par un ancrage presque dégénéré. Dans ce cas seulement les positions 2=0 et ru2=180" sur le cône û2=820 sont stables et une faible barrière due à l'ancrage azimutal W9 les sépare. La texture 6d se transforme alors en une texture conique tordue, qui reste stable si la barrière d'ancrage W, est plus grande que l'énergie volumique de torsion. On obtient donc un afficheur bistable. Pour effacer la texture tordue il suffit d'appliquer une nouvelle impulsion et de couper cette fois progressivement le champ. L'interaction hydrodynamique est maintenant absente et une faible interaction élastique de volume favorise le retour dans l'état "uniforme" de la figure 6a : l'afficheur est effacé.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.

En particulier dans le cadre de la présente invention, on peut envisager - une commande de l'ancrage cassé par un effet hydrodynamique de volume, - une commande de l'ancrage cassé par la superposition de deux effets hydrodynamiques - de volume et de surface, - une commutation sans cassure complète de la surface par rotation du directeur sur le cône de l'ancrage dégénéré.

COMMANDE DE L'ANCRAGE CASSÉ PAR UN EFFET
HYDRODYNAMIQUE DE VOLUME
L'effet hydrodynamique précédemment décrit (fig 6c) est créé par le retour rapide des molécules sur la lame 1 vers leur orientation initiale, sous l'action du couple d'ancrage sur cette surface. Si l'ancrage sur la lame 1 est très fort, pendant l'impulsion de commande, les molécules près de cette surface ne changent pas leur orientation et on obtient la texture de la figure 7b : la texture est homéotrope partout, sauf dans une mince couche volumique au voisinage de la lame 1. Après la coupure du champ les molécules sur la surface 1 ne se réorientent pas et donc, il n'y a pas un effet hydrodynamique de surface. Néanmoins, la relaxation de la couche volumique fortement déformée vers une texture plus homogène, crée un écoulement hydrodynamique de volume (figure 7c), connu comme effet "blackflow" (voir document [10]). Cet écoulement diffuse vers la lame 2 et commande l'ancrage cassé sur cette lame, exactement de la meme façon que dans le cas d'un effet hydrodynamique de surface.

On obtient alors un état équivalent à celui illustré sur les figures 6d et 7d, c'est à dire soit un état stable si e1 et 82 sont faibles, soit un état qui évolue vers les états illustrés sur les figures 7e et 7f.

Sur la figure 7 on a illustré un ancrage planaire sur la lame 1.

Cependant en variante cet ancrage sur la lame 1 pourrait etre oblique.

COMMANDE DE L'ANCRAGE CASSÉ PAR LA SUPERPOSITION DE
DEUX EFFETS HYDRODYNAMIQUES - DE VOLUME ET DE SURFACE
Finalement, les écoulements créés par les deux effets hydrodynamiques, de surface et de volume, sont dans la même direction et donc ils s'ajoutent : en pratique, la surface cassée est commandée par la superposition des deux effets.

COMMUTATION SANS CASSURE COMPLETE DE LA SURFACE PAR
ROTATION DU DIRECTEUR SUR LE CONE DE L'ANCRAGE DÉGS
La commutation décrite sur la figure 6 nécessite une cassure complète de l'ancrage zénithal : sous champ électrique E > Ec2 , les molécules au voisinage de la lame 2 sont alignées exactement parallèles à sa normale. Pourtant, les ancrages dégénérés sont très anisotropes : le seuil de cassure i2 de l'ancrage zénithal est fini, mais l'ancrage azimuthal est infiniment mou et le seuil de cassure correspondant est strictement zéro (ou très bas pour les ancrages presque dégénérés). Cette anisotropie permet de commuter facilement de la texture illustrée sur la figure 6a vers la texture illustrée sur la figure 6d sans passer par la normale à la plaque, mais en tournant autour d'elle sur le cône de l'ancrage dégénéré, ou sur un cône plus proche de la normale (figure 8). Sous champ électrique plus bas que le seuil de cassure (E < Etc2) les molécules sur la lame 2 restent à un angle fini par rapport à la normale (figure 8b). A la coupure du champ, l'écoulement hydrodynamique créé par l'autre lame et la couche volumique déformée, entrainent le directeur vers ç = 0. Les molécules tournent maintenant (figure 8c) autour de la normale (à gauche ou à droite par hasard), en restant presque au même angle zénithal 02. Sous l'action superposée de l'écoulement et de l'ancrage zénithal (qui les tire vers o2 = 82o), le système relaxe vers la texture (8d), identique à celle des figures 6d et 7d. Pour un ancrage dégénéré, seul un faible couple de torsion élastique s'oppose à la commutation. Pour un ancrage presque dégénéré, un faible couple d'ancrage azimuthal s'y ajoute. Dans les deux cas pourtant, la commutation est beaucoup plus efficace que dans le cas de cassure complète de l'ancrage zénithal.

RESULTATS EXPERIMENTAUX
Pour étudier le fonctionnement du dispositif proposé, les inventeurs ont réalisé plusieurs cellules avec des ancrages dégénérés ou presque dégénérés.

Un premier type de cellules utilise une lame recouverte avec une fine couche de GLYMO (avec une épaisseur de l'ordre de 100A) sur une électrode transparente d'ITO, qui donne un ancrage planaire dégénéré du nématique SCB. Le GLYMO est greffé chimiquement sur la surface et est réticulé pour former une couche stable et insoluble dans le cristal liquide.

L'autre lame dans la cellule est toujours traitée par évaporation de SiO (82", 105 nm, ancrage fort, monostable, incliné à 6io de l'ordre de 55 ).

L'épaisseur des cellules était comprise entre 11lm et 4pm.

Après le remplissage, les cellules montrent toujours une texture plane, sans aucune torsion. Après l'application des impulsions électriques courtes, les inventeurs ont observé une commutation vers une texture tordue de 1800. Cette texture est transitoire et spontanément se transforme à nouveau dans la texture initiale, après un temps d'effacement Te. Ce temps est de l'ordre de 10 à 100 ms et il est proportionnel au carré de l'épaisseur de la cellule.

L'énergie d'ancrage zénithal pour ces cellules est relativement forte, comparable à celle obtenue avec du SiO évaporé mono stable. Ec est de l'ordre de 10V/ffism pour s= 1 ms. La figure 9 est l'enregistrement de la transmission optique de la cellule entre polariseurs croisés suite à l'application d'une impulsion de commande 30. On a rajouté sur la figure 9 les correspondances avec les états expliqués en regard de la figure 6. On notera que le maximum de transmission est obtenu pour l'état 6e. Sur cette cellule, dont la-réponse optique n'est pas optimisée, les inventeurs ont mesuré un contraste meilleur que 100:1.

Une autre série de cellules typiques a été réalisée avec des lames 2 couvertes par du polyisoprene qui donnent pour le 5CB un ancrage conique dégénéré. Comme contre-lames 1, les inventeurs ont utilisé des plaques de verre avec des électrodes transparentes, couvertes soit par du polyimide frotté (ancrage fort planaire, monostable), soit par SiO évaporé (82", 105 nm, ancrage fort, monostable, incliné à environ 55 ).

Au remplissage, tous les échantillons montrent des textures planes, avec le directeur dans le plan défini par l'ancrage monostable sur la contre-lame 1. Dans le cas de contre-lame 1 traitée par SiO (ancrage incliné), une seule texture inclinée, presque uniforme, est observée, similaire à la texture de la figure 6a. Dans le cas d'une contre-lame 1 planaire (polyimide frotté), les deux textures plates schématisées sur la figure 10, coexistent, séparées par des défauts.

En appliquant de courtes impulsions électriques, les inventeurs ont observé une transition des cellules dans l'état "inscrit , tordue à 180'.

Les seuils d'inscription Ec(X) mesurés pour ces cellules sont présentés sur la figure 11. Le seuil statique de cassure de surface est très bas pour le polyisoprene (Ec de l'ordre de 1,5V/ > m, un ordre de grandeur plus faible que le polyimide). Du point de vue pratique cette propriété est trés importante : le dispositif peut être commandé avec de faibles tensions, même pour des impulsions courtes (U = 26V pour T de l'ordre de 10 clos et une cellule de 2 zm). Malgré sa faible valeur, l'énergie d'ancrage est très uniforme sur la surface de la cellule, ceci résulte en pratique en un seuil d'inscription très bien défini et constant sur de grandes surfaces.

Sur la figure 12 est présenté le seuil de cassure de l'ancrage du 5CB en fonction de la durée de l'impulsion pour un traitement de polystyrène greffé sur l'ITO. Pour ce revêtement aussi le seuil est raisonnablement bas (E-3volt/ > m pour s=lms) et très bien reproductible.

Le même seuil a été obtenu aussi pour les ancrages presque dégénérés obtenus par frottement mécanique de la couche de polystyrène greffée.

Le temps se est une caractéristique importante de l'afficheur monostable (qui s'efface spontanément) et il doit être ajusté selon la fréquence de rafraîchissement. Ce temps dépend de plusieurs paramètres épaisseur de la- cellule, géométrie des ancrages, durée et tension de l'impulsion de commande.

Sur la figure 13 Te est présenté en fonction du carré de l'épaisseur de la cellule "d" pour des échantillons différents, contenant le nématique 5CB. La lame d'ancrage dégénéré 2 est toujours couverte par du polyisoprene (ancrage conique dégénéré sans aucune mémoire). Deux types de contre-lames 1 ont été utilisées : ancrage planaire monostable sur polyimide frotté (courbe a) et ancrage incliné monostable sur SiO évaporé (courbe b). La dépendance de te en d2 est bien connue de l'homme de l'art : elle peut être déduite de la condition d'équilibre entre le couple élastique de torsion de volume qui oblige le directeur à tourner sur le cône d'ancrage, et le couple visqueux qui s'y oppose. On observe aussi que te est plus long pour un ancrage oblique sur la contre-lame : ces cellules ont un angle moyen o plus petit et donc les énergies de leur texture fléchie (figure 6d) et tordue (figure 6e) sont très proches. Le couple élastique de torsion devient petit et le temps de relaxation te se rallonge.

Sur la figure 14 est présentée la réponse optique d'une cellule (SCB, lame 2 polyisoprene, contre-lame 1 SiO oblique, épaisseur 2,3 ,um) pour des impulsions de commande d'une durée fixe (T - 50 Fs) et différentes tensions. Plus précisément sur la figure 14 on a représenté 4 courbes a, b, c et d qui correspondent respectivement à quatre tensions de commande de 13,4 V, 13,5 V, 14 V et 15V. On voit sur la figure 14 que, au dessous d'un seuil bien défini Uc de l'ordre de 13,4 volts, on n'observe aucune transmission. A U > Uc la transmission augmente avec la tension appliquée pendant l'impulsion de commande. A U supérieur ou égal à Us = 15 V, l'intensité de la transmission sature à sa valeur maximale et ne change plus. Cette dépendance, découverte par les inventeurs, peut s'expliquer de la façon suivante : à forte tension (U > Us) l'ancrage sur la lame polyisoprene est cassé complètement et, à la fin de l'impulsion la commande hydrodynamique est très efficace, imposant un retour rapide du directeur vers la position 6 - 00, w = 0O (figure 6d) aidé par l'ancrage zénithal. La texture fléchie ainsi réalisée est plane et la transmission optique est faible. Pour l'instant, aucun couple azimutal n'est appliqué à la tex-ture et l'ancrage ne glisse pas. Comme déjà expliqué, la texture (figure 6d) est instable et elle se transforme dans la texture tordue de la figure 6e, qui tire sur la surface 2 et oblige l'ancrage à glisser, conduisant en passant par la texture de la figure 6f à la texture finale de la figure 6a.

Pendant les transformations consécutives de la texture de la figure 6d vers la texture de la figure 6a, la texture est tordue et l'intensité transmise est forte.

Quand la tension de commande est faible (U de l'ordre de Uc), l'ancrage zénithal de la lame 2 n'est pas complètement cassé et, à la fin de l'impulsion le directeur tourne autour de la normale sur un cône de faible ouverture e2 < e20. Cette fois, l'effet hydrodynamique et l'ancrage zénithal tirent les molécules dans deux directions différentes : respectivement vers le demi-plan < p w oo et vers le cône d'ancrage 0 2 ' 620. A la fin de l'écoulement, on n'obtient pas la texture plane de la figure 6d, mais une texture tordue, selon la figure 6f. Rapidement cette texture se détord et donne la texture initiale de la figure 6a. En plus, toutes les textures intermédiaires sont proches de l'homéotrope et donc la transmission correspondante entre polariseurs croisés est faible.

Ce modèle explique le comportement des courbes l(t) sur la figure 14, notamment la croissance du temps de relaxation et de l'intensité maximale avec la tension. Des courbes similaires ont été obtenues et expliquées par les inventeurs, avec une tension de commande fixe (U = 25 volts) et durée T variable : pour T = 14 crs la réponse optique est nulle; à 14 pS < T < 16 ps l'intensité transmise croît progressivement, à T supérieur ou égal à 16 Fs le signal optique sature et ne dépend plus de T. La dépendance de l'intensité transmise après l'impulsion de T et U est très importante du point de vue pratique : elle permet d'utiliser l'afficheur proposé dans un mode de fonctionnement teintes de gris", très important pour l'affichage en couleur. Il s'agit de la possibilité de changer la luminosité du pixel en changeant la tension ou la durée de la courte impulsion de commande. La grande fidélité du seuil Uc et la montée rapide de la luminosité pour un faible changement des paramètres (U ou t) rendent possible un taux élevé de multiplexage de l'afficheur, en conservant les teintes de gris. Par exemple, on peut inscrire l'afficheur ligne par ligne avec une tension
Uligne = (Uc + Us)/2 sur la ligne active et (Uc - Us)/2 < Ucol < (Us - Ut)/2 sur les colonnes. De cette façon, la tension résultante dans les pixels sur la ligne active varie entre Uc et Us L'intensité de la lumière transmise peut donc varier entre zéro et la valeur maximale. La tension sur les lignes non adressées reste inférieure à la tension de l'instabilité de Fredericks [10].

Finalement, les inventeurs ont aussi étudié les ancrages presque dégénérés, obtenus par superposition d'un ancrage dégénéré conique ou planaire (couche de polyisoprene, polystyrène ou GLYMO) avec un faible alignement monostable (frottement de la lame avant ou après le dépôt de la couche d'ancrage dégénéré, dépôt de cette couche sur
SiO évaporé ou une autre surface anisotropique équivalente). Comme déjà expliqué, ces ancrages sont des ancrages symétriques, bistables, avec une très faible énergie d'ancrage azimutale.

Selon encore une autre variante, l'anisotropie peut être induite grâce à une irradiation à l'aide d'un faisceau de lumière polarisée ultraviolette ou visible.

Après l'application des signaux de commande, les ancrages presque dégénérés cassent et la cellule s'inscrit, donnant la texture illustrée sur la figure 6e. Les seuils de cassure sont les mêmes que pour les ancrages dégénérés correspondant. La texture inscrite ne s'efface pourtant pas spontanément par glissement de l'ancrage, et reste stable à l'échelle des secondes. A temps plus longs, la cellule s'efface par mouvement des défauts.

Le cas échéant cet effacement spontané peut être supprimé en ajoutant un dopant chiral au matériau cristal liquide, comme proposé dans le document [9], dans un autre contexte pour ancrage monostable.

En bref, l'afficheur proposé dans le cadre de la présente invention, présente les caractéristiques suivantes - ancrages simples à produire, - inscription très rapide ( T < 10pus pour U de l'ordre de 26 V), - effacement spontané après un temps se ajustable, de l'ordre de 20 à 100 ms, i. e. comparable au taux de rafraîchissement de l'image vidéo, - teintes de gris (environ 7 à 8 teintes de gris binaires pour la cellule nonoptimisée), - possibilité d'obtenir une bistabilité.

BIBLIOGRAPHIE 1. J. Cognard, "Alignment of Nematic Liquid Crystals and their mixtures",
Mol. Cryst. Liq. Cryst. Suppl. 1, p.1-77 (1982); 2. Durand et al. US Patent 5 357 358; 3. RBarben, G. Durand, Appl. Phys. Lett. AS 2907 (1991); 4. R. Barberi, M. Giocondo, Ph. Martinot-Lagarde, G. Durand, J. Appl. Phys.

,3270 (1993); 5. R. Barberi, M. Giocondo, G. Durand, Appl. Phys. Lett. ha 1085 (1992); 6. B. Jerome, Surface effects and anchoring in liquid crystals", Rep. Prog.

Phys. 54, 391(1991); 7. S. Matsumoto, M. Kawamoto, N. Kaneko, "Surface-Induced Molecular
Orientation of Liquid Crystals by Carboxylatochromium Complexes", Appl.

Phys. Lett. , 268 (1975); 8. Demande de brevet PCT/FR 96/01771 du 8 Nov. 1996; 9. I. Dozov, M. Nobili, G. Durand, "Fast bistable nematic display using monostable surface switching", Applied Physics Letters 70, p. 1179 (1997). 10. P.G. de Gennes, J. Prost, The Physics of Liquid Crystals", Clarendon
Press, Oxford, 1993.

Claims (32)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement (1, 2), caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques (2) est munie d'un traitement de passivation de la surface de celle-ci par inhibition des sites d'adsorption sur cette surface pour définir un ancrage azimuthal dégénéré, sans mémoire orientationnelle azimutale.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement de passivation est formé d'un revêtement.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le revêtement comprend un polymère comportant des chaînes fluides ou très mobiles.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le traitement comporte le greffage d'un revêtement.

S. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le traitement de passivation opère par saturation des sites d'adsorption.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 4 ou 5, caractérisé par le fait que le revêtement est adapté pour ne pas interagir fortement avec le cristal liquide, notamment ne pas s'orienter facilement par les interactions anisotropes avec les molécules mésogènes de cristal liquide.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le revêtement comprend un composé choisi dans la famille des silanes organofonctionnelles.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le revêtement comprend un composé choisi dans la famille des silanes organofonctionnelles comportant des groupes chlorosilane (Si-Cl), silanol (Si-OH), ou alkoxysilane (Si-CnH2nOH).

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le revêtement comprend des complexes de chrome.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le revêtement est formé de 3-Glyceryloxypropyl

Trimethoxysilane (GLYMO).

11. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le revêtement comprend des polymères en phase liquide dans tout le domaine de stabilité thermique de la phase mésogene utilisée et que lesdits polymères sont greffés sur la surface.

12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le revêtement comprend des polymères insolubles dans le cristal liquide, dans leur état vitreux.

13. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 11 et 12, caractérisé par le fait que le revêtement comprend des polymères liquides de la famille des siloxanes ou des polymères vitreux, à la température ambiante.

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le revêtement comprend du polyisoprene, du polybutadiene ou du polystyrène.

15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le revêtement est adapté pour définir un ancrage planaire dégénéré.

16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le revêtement est adapté pour définir un ancrage conique dégénéré.

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à commander une commutation entre deux états, par effet hydrodynamique de surface.

18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à commander une commutation entre deux états, par effet hydrodynamique de volume.

19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande aptes à appliquer sur le cristal liquide une impulsion inférieure au seuil de cassure sur la plaque pourvue du traitement de passivation.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que le revêtement est déposé sur un substrat isotrope pour définir un ancrage plan aire ou conique dégénéré et sans hysteresis orientationnel.

21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que le revêtement est déposé sur un substrat anisotrope.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le revêtement de passivation est déposé sur une couche de SiO placée sur une plaque de confinement.

23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à superposer une anisotropie à un ancrage dégénéré conique ou planaire.

24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé par le fait que les moyens aptes à superposer une anisotropie à un ancrage dégénéré conique ou planaire sont choisis dans le groupe comprenant : un frottement de la plaque de confinement (2) avant ou après le dépôt du revêtement de passivation, le dépôt du revêtement de passivation sur une surface anisotropique ou l'induction d'une anisotropie par irradiation du revêtement de passivation à l'aide d'un faisceau de lumière polarisée ultraviolette ou visible.

25. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé par le fait que le dispositif d'affichage est bistable.

26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé par le fait que les inclinaisons (o) des molécules au repos par rapport à une normale aux plaques de confinement sont petites.

27. Dispositif selon l'une des revendications 25 ou 26, caractérisé par le fait qu'il comprend un dopant chiral.

28. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait que le dispositif d'affichage est monostable.

29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que les inclinaisons (6) des molécules au repos par rapport à une normale aux plaques de confinement sont grandes.

30. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que les moyens de commande sont adaptés pour appliquer sélectivement sur le cristal liquide une impulsion choisie parmi plusieurs impulsions de commande inférieures au seuil de cassure pour définir des teintes de gris choisies.

31. Dispositif selon la revendication 30, caractérisé par le fait que les impulsions de commande ont une durée fixe et une amplitude variable inférieure au seuil de cassure.

32. Dispositif selon la revendication 30, caractérisé par le fait que les impulsions de commande ont une amplitude fixe et une durée variable inférieure à un seuil de cassure.

33. Dispositif selon l'une des revendications 30 et 31, caractérisé par le fait qu'il est organisé en matrice et que les moyens de commande sont adaptés pour appliquer une tension Uligne = (Uc + Us)/2 sur la ligne active et (Uc - Us)/2 < Ucol < (Us - Uc)/2 sur les colonnes, Uc et

Us représentant respectivement les seuils d'apparition et de saturation de changement d'état du dispositif.