FR2789186A1 - Empilement optique elargissant l'angle de vue horizontal d'un ecran a cristaux liquides - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage avec une cellule de cristal liquide comportant une couche de cristal liquide (40) nématique en hélice placée entre deux polariseurs de type croisés (46, 48) et comportant, entre la couche de cristal liquide et au moins un des polariseurs, une structure de compensation des variations de contraste de la cellule en fonction de l'angle d'observation. Cette structure comporte au moins deux milieux uniaxes négatifs superposés tels que l'axe optique de l'un (42, 44) est parallèle à la normale à la cellule, et celui de l'autre (41, 43) est incliné par rapport à cette normale d'une part et par rapport au plan de la cellule d'autre part. Cette structure de compensation comporte une première couche supplémentaire (54, 56) de matériau biréfringent biaxe et une seconde couche supplémentaire (55, 57) de matériau uniaxe positif normal au plan de la cellule. Le matériau biaxe présente dans le plan de la cellule un axe lent (L54, L56) perpendiculaire à l'orientation des molécules de cristal liquide les plus proches. Le retard introduit par la seconde couche dépend du retard de la première couche et de son coefficient de biaxialité. Application à un écran à cristaux liquides notamment pour un écran vertical en avionique.

Description

EMPILEMENT OPTIQUE ELARGISSANT L'ANGLE DE VUE HORIZONTAL

D'UN ECRAN A CRISTAUX LIQUIDES

La présente invention concerne les dispositifs d'affichage électrooptiques modulant la lumière les traversant et plus précisément les

panneaux à cristaux liquides.

Ces panneaux présentent des caractéristiques intéressantes pour réaliser des écrans d'affichage en avionique: ils sont moins encombrants que les écrans classiques à tube cathodique et ils consomment peu d'énergie. Sur un panneau à cristaux liquides, une image est affichée à l'aide de points élémentaires colorés, ou noirs, juxtaposés. Un point élémentaire correspond à la lumière transmise à sa face avant par une cellule à cristal liquide éclairée sur sa face arrière. De l'arrière à l'avant, une cellule à cristal liquide comporte généralement un empilement d'un polariseur, d'un premier substrat transparent, d'une mince couche de cristal liquide, d'un second substrat transparent et d'un analyseur. Ces substrats transparents comportent des électrodes également transparentes dont la mise sous tension permet de soumettre les molécules de cristal liquide à un champ

électrique perpendiculaire au plan de la cellule.

Le fonctionnement d'une cellule de cristal liquide exploite deux caractéristiques remarquables de la molécule de cristal liquide: elle peut modifier, en fonction de son orientation spatiale, la polarisation d'une lumière la traversant d'une part et un champ électrique peut changer son orientation d'autre part. Ainsi le repos (tension nulle) et la mise sous tension de la couche de cristal liquide conduisent à deux arrangements distincts des molécules de cristal liquide dans la couche définissant deux états de la cellule, l'état activé et l'état non activé, tels que par exemple dans l'un d'eux la cellule laisse passer la lumière et dans l'autre elle l'absorbe. Selon son état la cellule permet d'afficher un point blanc ou un point noir. Des gris sont réalisables avec des tensions intermédiaires qui imposent d'autres orientations aux molécules de cristal liquide. De plus un filtre de couleur inséré dans l'empilement d'une cellule permet la présentation d'un point coloré. Cette technologie permet l'affichage d'images en noir et blanc ou en couleurs. Cependant avec un panneau à cristaux liquides, I'image perçue dépend de l'angle de vue sous lequel le panneau est observé. Une image de bonne qualité perçue par l'observateur lorsqu'il place son regard selon la direction normale au plan du panneau est dégradée lorsqu'il incline la direction de son regard par rapport à cette direction normale. Ce qui réduit généralement l'exploitation d'un panneau à cristaux liquides aux directions d'observations s'écartant peu de la normale au panneau: le panneau

présente un angle de vue restreint.

Pour un écran d'affichage qui doit être lisible par un observateur dont la position n'est pas fixe et/ou par plusieurs observateurs placés autour de l'écran, comme par exemple un écran d'une cabine de pilotage d'un avion, la restriction de l'angle de vue du panneau à cristaux liquide est un sérieux

1 5 inconvénient.

Pour l'utilisateur de l'écran, la couche de cristal liquide présente des défauts de comportement optique. Le contraste lumineux entre les états d'une cellule présente notamment la particularité gênante d'évoluer avec

l'angle d'observation, ce qui perturbe l'observation du panneau.

Cet effet s'explique par la biréfringence naturelle d'une molécule de cristal liquide selon laquelle la modification par la molécule de la polarisation de la lumière la traversant dépend de l'orientation relative entre cette lumière et la molécule; le changement d'angle d'observation conduit à une modification de la polarisation de la lumière reçue par l'analyseur et donc à

une modification de la transmission de la cellule.

L'art antérieur propose des corrections partielles de cette biréfringence dans certaines situations o elle est gênante pour divers types

de cellules à cristal liquide.

Nous nous intéressons plus particulièrement aux cellules comportant un cristal liquide nématique en hélice et des polariseurs (un polariseur, un analyseur) croisés entre eux, situés de part et d'autre de la couche de cristal liquide. A l'état non activé, une telle cellule assure une forte transmission de la lumière reçue. A l'état activé la cellule assure une très faible transmission de lumière correspondant à l'affichage d'un point noir lorsqu'elle est observée selon sa normale. Le défaut principal d'une telle cellule est, à l'état activé, une augmentation nette de la transmission lumineuse pour une observation inclinée par rapport à la normale à la cellule: le point noir observé perpendiculairement à la cellule s'éclaircit lorsque l'observateur s'éloigne de la normale à la cellule. Le contraste, ou rapport des luminances de chaque état, est égal au quotient de la luminance de la cellule dans l'état activé (blanc) par celle dans l'état non activé (noir). Le contraste diminue

avec l'éloignement de l'observateur par rapport à la normale à la cellule.

A l'état activé, la biréfringence des molécules de cristal liquide est pénalisante. L'art antérieur propose de corriger, toujours incomplètement, o cette biréfringence par l'ajout de film biréfringent de compensation dans

l'empilement de la cellule.

Une première correction connue consiste à utiliser un film biréfringent uniaxe présentant une anisotropie d'indice de réfraction négative dans la direction perpendiculaire au plan de la cellule. Le film est uniaxe négatif

d'axe optique normal à la cellule.

Puis des corrections donnant plus de satisfaction ont été développées. Ainsi par exemple le brevet EP 0 646 829 propose un film correcteur biréfringent comportant un support présentant les caractéristiques de la première correction connue sur lequel est polymérisé un cristal liquide discotique orienté par frottement. Il décrit un type T de film biréfringent comportant une superposition de deux milieux uniaxes négatifs présentant chacun un axe optique l'un étant parallèle à la normale à la cellule, I'autre étant incliné par rapport à cette normale d'une part et par rapport au plan de

la cellule d'autre part.

Le problème consiste à élargir encore le champ d'observation d'un panneau à cristaux liquides comportant dans l'empilement de la cellule, au moins deux milieux uniaxes négatifs tels que l'axe optique de l'un de ces milieux est parallèle à la normale au plan de la cellule et l'axe optique de l'autre de ces milieux est incliné à la fois par rapport à cette normale et par rapport au plan de la cellule, les deux milieux étant placés d'un même côté

de la couche de cristal de la cellule.

Et notamment pour un panneau placé verticalement, comme ceux utilisés par exemple en avionique civile, on cherche à améliorer encore l'angle de vue pour obtenir notamment une ouverture de l'angle de vue sur

I'horizontale de +/- 80 degrés par rapport à la normale au panneau.

L'invention propose une nouvelle solution qui consiste à compléter la compensation d'un film biréfringent de type T par l'ajout, dans l'empilement de la cellule à cristal liquide, d'un film de compensation biréfringent biaxe et

d'un film de compensation biréfringent uniaxe positif.

Plus précisément l'invention propose un dispositif d'affichage avec une cellule de cristal liquide comportant une couche de cristal liquide nématique en hélice placée entre deux polariseurs de type croisés et comportant, entre la couche de cristal liquide et au moins un des polariseurs, une structure de compensation des variations de contraste de la cellule en fonction de l'angle d'observation, laquelle structure comporte au moins deux milieux uniaxes négatifs superposés tels que l'axe optique de l'un est parallèle à la normale à la cellule, et celui de l'autre est incliné par rapport à cette normale d'une part et par rapport au plan de la cellule d'autre part, caractérisé en ce que la structure de compensation comporte en outre une première couche supplémentaire d'un matériau biréfringent biaxe et une

seconde couche supplémentaire d'un matériau biréfringent uniaxe positif.

De façon connue, un matériau uniaxe positif peut être compensé par un matériau uniaxe négatif. Et on considère qu'une molécule de cristal liquide se comporte approximativement comme un empilement de matériaux uniaxes positifs. La couche de cristal liquide peut donc raisonnablement être compensée par un empilement de matériaux uniaxes présentant une biréfringence négative, c'est-à-dire de signe opposé à la biréfringence intrinsèque du cristal liquide. L'art antérieur enseigne une compensation de la biréfringence positive des molécules de la couche de cristal par un film de type T constitué d'une superposition particulière de deux matériaux uniaxes négatifs. La solution originale de l'invention consiste à améliorer la compensation de la biréfringence positive des molécules de la couche de cristal liquide en complétant la compensation d'un film de type T de l'art antérieur en ajoutant, dans l'empilement de la cellule, des couches supplémentaires de matériaux dont la biréfringence n'est pas de signe opposé à celle du cristal liquide: une première couche supplémentaire présente une biréfringence biaxe et une seconde couche supplémentaire

présente, comme le cristal liquide, une biréfringence uniaxe positive.

Le matériau biréfringent biaxe de la première couche supplémentaire présente un axe principal d'indice optique maximum dans le plan de la cellule. Pour une incidence normale, cet axe principal est l'axe lent du matériau biaxe, il est de préférence sensiblement perpendiculaire à la direction d'alignement des molécules de cristal liquide les plus proches. Le matériau de la seconde couche supplémentaire est un matériau biréfringent uniaxe positif dont l'axe optique, lent, est sensiblement

perpendiculaire au plan de la couche de cristal liquide.

Dans l'épaisseur de la cellule, les orientations relatives de la couche de cristal en hélice, de la paire de polariseurs et des axes optiques inclinés du film de type T de la structure de compensation permettent, en coopération avec les caractéristiques de biréfringence des deux couches supplémentaires, de maximiser l'angle de vue du dispositif dans un plan

perpendiculaire au plan de la cellule.

Les deux couches supplémentaires sont de préférence situées entre la couche de cristal liquide et le film de compensation de type T; la seconde

couche supplémentaire uniaxe est située du côté de la couche de cristal.

Dans la couche de cristal liquide les directions d'alignement des

molécules sur les faces de la couche sont de préférence perpendiculaires.

De préférence chaque polariseur est croisé avec la direction d'alignement de la face la plus proche de la couche de cristal liquide, et l'axe lent du matériau de la première couche supplémentaire biaxe est croisé

avec le polariseur le plus proche.

L'invention permet d'élargir notablement le champ d'observation d'un panneau à cristaux liquides par amélioration du niveau du contraste, sans introduire d'inversion de contraste. Elle permet notamment d'obtenir un écran vertical utilisable avec un très fort angle de vue sur l'horizontale typiquement de plus ou moins 80 degrés et un angle de vue assez important dans la direction verticale, typiquement jusqu'à 60 degrés pour un

observateur lisant un panneau placé plus bas que son visage.

L'écran vertical présente à la fois une absence d'inversion de contraste et un contraste supérieur à 100 pour un angle d'observation compris dans une plage angulaire, repérée par rapport à la droite normale à l'écran, entre +80 et -80 degrés sur l'horizontale et entre 0 et 60 degrés sur

la verticale au dessus de la droite normale.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la

lecture de la description qui suit et qui est faite en référence aux dessins

annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une cellule de l'art antérieur avec deux structures de compensation optique; - la figure 2 représente une partie d'un film de compensation de l'art antérieur; - la figure 3 représente une réalisation de l'invention;

- la figure 4 représente le matériau biréfringent biaxe de l'invention.

La figure 1 représente suivant l'axe Z l'empilement connu d'une cellule à cristal liquide éclairée sur l'arrière par les rayons lumineux 30 et comportant deux films de compensation optique 25, 27, un de chaque côté d'une couche de cristal liquide plane 20, situés entre les deux polariseurs 26 et 28. Le plan de la cellule est le plan XY. Les polariseurs 26, 28 de cette cellule sont croisés, leurs sens passants, respectivement P26 et P28, sont perpendiculaires entre eux. Les films arrière 25 et avant 27 sont par exemple du type de ceux décrits dans le brevet EP 0 646 829. Chaque film de type T , 27 comporte dans son épaisseur un milieu 22, 24 uniaxe négatif d'axe extraordinaire Z perpendiculaire au plan XY de la cellule et un milieu 21, 23 uniaxe négatif d'axe extraordinaire incliné par rapport à la normale Z à la cellule et par rapport au plan XY de la cellule. Le milieu uniaxe incliné 21, 23

étant le plus proche de la couche 20 de cristal liquide.

La couche de cristal 20 comporte des molécules de cristal liquide maintenues entre deux substrats transparents, plans et parallèles au plan XY de la cellule. Les molécules voisines d'un des substrats sont orientées selon une direction d'alignement propre au substrat; I'alignement peut être obtenu par traitement de la face du substrat en contact avec le cristal liquide, par exemple par frottement de cette surface dans la direction d'alignement. La couche de cristal 20 présente une direction d'alignement A31 des molécules sur sa face arrière 31 dans le plan XY qui est perpendiculaire à celle A33 de la face avant 33, laquelle est également dans le plan XY. Au repos les molécules de la couche de cristal sont parallèles au plan XY et forment une hélice dans l'épaisseur de la couche de cristal 20; la torsion de l'hélice est de - 90 degrés selon l'axe orienté Z. Le sens passant P26, P28 de chaque polariseur est croisé avec la direction d'alignement

A31, A33 de la face la plus proche de la couche de cristal liquide.

L'orientation de l'axe incliné du milieu 21 uniaxe adjacent à la face 31 arrière de la couche 20 est repérée dans le plan XY par la direction F21 du frottement mis en oeuvre dans la réalisation du film 25 selon le brevet cité. La direction F21 est parallèle à la direction d'alignement A31 des molécules sur la face arrière 31 mais de sens opposé. De même, I'orientation de l'axe incliné du milieu 23 uniaxe adjacent à la face avant 33 de la couche 20 est repérée par la direction F23 parallèle et de sens opposé à l'alignement A33 des molécules de la face avant 33; la direction F23 correspondant au frottement pour la réalisation du film 27 de type T. Les directions F21 et F23

sont perpendiculaires entre elles.

La figure 2 représente une partie du film arrière 25 de compensation déjà illustré par la figure 1; ce film 25 de type T comporte un milieu 22 uniaxe négatif dont l'axe extraordinaire rapide est orienté selon la normale 34 au film et dont la face supérieure 35 a été frottée dans la direction F21, il comporte également un milieu 21 uniaxe négatif, résultant de la polymérisation d'une couche cristal discotique déposée sur la face supérieure 35 préalablement frottée, dont l'axe extraordinaire n est incliné par rapport à cette normale 34 d'un angle X dans le plan contenant la normale 34 et la direction de frottement F21. L'ellipsoïde des indices qui caractérise le milieu 21 est de révolution autour de l'axe n qui est l'axe optique de ce milieu 21. Le deuxième axe principal p est à la fois dans le plan XY de la cellule et perpendiculaire à l'axe optique n, un troisième axe principal q est perpendiculaire aux axes n et p. Une onde arrivant perpendiculairement au substrat 21 selon la droite 34 voit deux lignes neutres: I'axe lent est l'axe p et l'axe rapide est la projection de l'axe q dans le plan du substrat. Dans le milieu uniaxe incliné 21, I'axe lent p est perpendiculaire à la direction de frottement F21. L'axe lent p dans le plan XY

de la cellule est parallèle à la droite L21.

La figure 3 représente une réalisation de l'invention. Dans cette réalisation la cellule à cristal liquide éclairée par l'arrière par des rayons lumineux 30 comporte des éléments empilés dans son épaisseur comme la cellule de l'art antérieur de la figure 2: une couche de cristal liquide 40 entre deux films de compensation, par exemple de type T, un film 45 à l'arrière et

un film 47 à l'avant, I'ensemble étant situé entre deux polariseurs 46 et 48.

L'empilement de la cellule selon l'invention comporte en outre deux paires , 52 de couches supplémentaires 54 et 55, 56 et 57 de matériaux biréfringents, chaque paire étant placée de préférence entre un film de compensation 45, 47 et la couche de cristal liquide 40. La première couche supplémentaire 54, respectivement 56 d'une paire 50, respectivement 52 est réalisée dans un matériau biréfringent biaxe. La seconde couche supplémentaire 55, 57 de la paire 50, 52 est réalisée dans un matériau

uniaxe positif.

La cellule de la figure 3 s'observe de face dans le sens négatif de l'axe Z normal au plan XY de la cellule. La cellule selon l'invention comporte successivement entre le polariseur 48 à l'avant et le polariseur 46 à l'arrière: le film de compensation 47, par exemple de type T, comportant un premier matériau 44 uniaxe négatif d'axe optique parallèle à l'axe Z et un second matériau 43 uniaxe négatif d'axe optique incliné par rapport à l'axe Z et par rapport au plan XY parallèle au plan de la cellule, I'orientation du second matériau étant donnée dans le plan XY par une direction F43; une première paire 52 de couches supplémentaires comportant une première couche supplémentaire 56 d'un troisième matériau qui est biaxe et une seconde couche supplémentaire 57 d'un quatrième matériau qui est uniaxe positif d'axe optique parallèle, ou sensiblement parallèle, à l'axe Z; la couche 40 de cristal liquide nématique en hélice présentant une direction d'alignement A53 à l'avant et une direction d'alignement A51 à l'arrière; une seconde paire 50 de couches supplémentaires comportant une seconde couche supplémentaire 55 d'un cinquième matériau qui est uniaxe positif d'axe optique parallèle, ou sensiblement parallèle, à l'axe Z et une première couche supplémentaire 54 d'un sixième matériau biaxe; le film de compensation 45 par exemple de type T comportant un septième matériau 41 uniaxe négatif incliné dont l'orientation dans le plan XY est donnée par une direction F41 et un huitième matériau 42 uniaxe négatif d'axe Z. La première couche supplémentaire 56, 54 est réalisée dans un matériau biaxe qui possède trois axes principaux orthogonaux x, y et z représentés sur la figure 4 tels que deux de ces axes x, y sont dans le plan XY de la couche de cristal liquide 40, qui est confondu avec le plan de la dite couche supplémentaire, et le troisième axe z est perpendiculaire à ce plan. Le troisième axe principal z du matériau biaxe est parallèle à l'axe Z de la figure 3. Le matériau est dit biaxe dans le plan XY. Le matériau biaxe présente un indice optique pour chaque axe principal correspondant à l'indice de propagation de la lumière polarisée selon cet axe principal. Les trois indices optiques nx, ny, nz du matériau biaxe sont différents. Une onde lumineuse se décompose en deux polarisations orthogonales et lorsqu'elle traverse une couche de matériau biréfringent, elle subit un retard de phase entre ses deux polarisations égal au produit de l'épaisseur de la couche biréfringente par la différence des indices vu par chacune des deux polarisations. La couche supplémentaire biaxe présente, entre les indices nx et ny des axes principaux dans le plan de la couche, une différence (nx-ny) non nulle conduisant à un premier retard R1 compris entre et 60 nanomètres pour une onde lumineuse se propageant selon l'axe Z perpendiculaire au plan de la cellule. Le premier retard est de préférence entre 20 et 40 nanomètres, par exemple 30 nanomètres. L'indice nx est supérieur à l'indice ny, I'axe correspondant x de la figure 4 est l'axe lent L56, respectivement L54, représenté sur la figure 3, dans le plan de la première

couche supplémentaire 56, respectivement 54.

Le matériau biaxe présente un coefficient de biaxialité Nz reliant les trois indices nx, ny et nz par l'équation suivante: Nz = (nx-nz) / (nxny) Le coefficient de biaxialité Nz est de préférence supérieur à 4, par exemple

égal à 6.

La seconde couche supplémentaire 57, 55 est réalisée dans un matériau uniaxe positif; I'ellipsoïde des indices de ce matériau présente une symétrie de révolution autour de l'axe optique dont l'indice ne est plus fort

que l'indice no commun aux deux autres axes principaux.

L'axe optique de chacune des secondes couches supplémentaires 57, 55 est sensiblement parallèle à l'axe Z normal au plan XY de la cellule, il présente une inclinaison de moins de 10 degrés par rapport à cet axe. De préférence l'inclinaison est nulle et l'axe optique de la seconde couche supplémentaire uniaxe est perpendiculaire au plan XY de la couche 40 de

cristal liquide.

La seconde couche supplémentaire introduit un second retard entre une composante de lumière polarisée selon l'axe optique et une composante polarisée selon un autre axe principal, ouordinaire, égal au produit de l'épaisseur de cette seconde couche par la différence des indices optiques de l'axe optique et d'un axe ordinaire (ne-no); ce second retard est

supérieur à 100 nanomètres. Il est par exemple égal à 150 nanomètres.

De préférence, la seconde couche supplémentaire introduit un second retard dont la valeur dépend du premier retard et du coefficient de

biaxialité Nz de la première couche supplémentaire.

Le second retard R2 est de préférence sensiblement égal au produit du premier retard R1 par la différence entre le. coefficient de biaxialité Nz et l'unité. Les retards vérifient l'équation suivante: R2 = (Nz - 1) R1 Le second retard introduit par ladite seconde couche est sensiblement égal au produit de la valeur du coefficient de biaxialité

décrémenté d'une unité par la valeur du premier retard.

Les deux couches supplémentaires 54, 55, 56, 57 sont par exemple réalisée par étirement bidimensionnel de films plastiques. Ils présentent l'avantage d'être facilement réalisables par les technologies couramment

utilisées actuellement; ils sont peu coûteux.

Les directions d'alignement A53 à l'avant et A51 à l'arrière correspondent au sens de frottement des substrats de la couche de cristal lors de la réalisation de cette couche 40. Elles sont croisées d'un angle compris entre 70 et 110 degrés. L'axe lent L56, L54 de chaque première couche supplémentaire biaxe 56, 54 est de préférence sensiblement perpendiculaire à la direction d'alignement A53, A51 des molécules de

cristal liquide les plus proches de la couche supplémentaire.

Les directions d'alignement A53 à l'avant et A51 à l'arrière de la couche de cristal 40 sont de préférence perpendiculaires. Dans cette réalisation particulière, la couche 40 de cristal liquide nématique au repos présente dans son épaisseur une hélice dont la torsion est par exemple d'une valeur positive de 90 degrés selon l'axe orienté Z de la figure 3 avec les directions d'alignement A53 et A51 sur les faces avant et arrière de la couche 40 perpendiculaires. Au repos, lorsque le cristal liquide n'est pas activé, les molécules de cristal situées au centre de l'épaisseur de la couche 40 dans un plan parallèle au plan XY sont sensiblement parallèles à l'axe Y. L'axe Y est orienté du bas vers le haut de l'écran placé dans un plan vertical et comportant des cellules selon l'invention. L'axe Y représente la bissectrice du secteur angulaire compris, dans le sens de rotation de l'hélice de la couche 40 de cristal liquide au repos de la face arrière 51 à la face avant 53, entre la direction d'alignement A51 de la face arrière et la direction

d'alignement A53 de la face avant.

Les polariseurs ne sont pas parallèles entre eux, ils sont de type croisés et l'analyseur, réalisé par le polariseur 48, absorbe fortement la lumière lorsque le cristal liquide de la couche 40 est mis sous tension. Le sens passant P48, P46 de chaque polariseur 48, 46 est de préférence croisé avec la direction d'alignement A53, A51 de la face 53, 51 la plus proche de la couche de cristal 40. L'axe lent L56, L54 de chaque première couche supplémentaire biaxe 56, 54 est de préférence parallèle au sens passant du polariseur le plus proche P48, P46. Ces orientations relatives entre un polariseur et la direction d'alignement des molécules de cristal liquide les

plus proches présentent l'avantage de limiter les inversions de contraste.

Ainsi une zone assez vaste de l'espace d'observation ne présente pas

d'inversion de contraste.

Le sens passant P48 du premier polariseur 48 à l'avant de l'empilement de la figure 3 est sensiblement parallèle à la direction

d'alignement A51 de la face arrière de la couche de cristal 40.

Le second, respectivement septième, matériau 43, 41, uniaxe négatif présente un axe optique incliné dont la projection orthogonale dans le plan XY est parallèle et de sens opposé à la direction F43, respectivement F41, il présente dans le plan XY de la cellule un axe lent L43, respectivement L41 perpendiculaire à la projection dans ce plan de l'axe optique incliné. Le second, respectivement septième, matériau 43, 41 est placé dans l'empilement de telle sorte que la direction F43, F41 soit de sens sensiblement opposé à celui de la direction d'alignement A53, A51 de la face la plus proche de la couche de cristal 40; I'axe lent L43, L41 est sensiblement perpendiculaire à la direction d'alignement correspondante A53, A51. Dans le plan XY de la cellule, les axes lents L43, L41 des matériaux inclinés 43, 41 sont respectivement parallèles au sens passant

P48, P46 du polariseur le plus proche.

L'ensemble de la première 54 et de la seconde couche supplémentaire 55 améliore l'angle d'observation d'un panneau comportant des cellules dont la structure de compensation comporte les milieu uniaxes négatifs superposés, I'un incliné 41 et l'autre normal au plan du panneau 42, en maximisant l'angle de vue dans un plan perpendiculaire à un panneau comportant de telles cellules. Les retards optiques introduits par la paire de couches supplémentaires sont très efficaces pour compléter la correction des variations de contraste en fonction de l'angle d'observation partiellement réalisée par un film de type T. Dans l'épaisseur de la cellule, les orientations relatives de la couche de cristal en hélice, de la paire de polariseurs, et des axes optiques extraordinaires des second 43 et cinquième 41 milieux de la structure de compensation et ceux des matériaux de la paire de couches supplémentaires 52, 50 maximisent l'angle de vue du dispositif dans un plan horizontal XZ qui est perpendiculaire au plan de la cellule et à l'axe Y

matérialisant la verticale du dispositif.

L'observation d'un panneau comportant des cellules selon l'invention est bonne pour les angles d'observation compris dans une plage étendue autour de la normale au panneau; dans cette plage angulaire, I'observateur neperçoit pas d'inversion de contraste, et le contraste présente une valeur supérieure à une valeur de plus de 100, largement supérieure à la valeur minimale de 40 acceptable pour le confort visuel. Le contraste est le quotient

de la luminance d'une cellule à l'état activé par celle à l'état non activé.

Quelque soit l'ordre de superposition des deux couches supplémentaires 54, 55, I'angle de vue est amélioré par leur insertion dans l'empilement d'une cellule comportant des films de type T. La couche supplémentaire uniaxe et.la couche supplémentaire biaxe sont de préférence superposées de telle façon que la couche supplémentaire uniaxe est située entre la couche de cristal 40 et la couche supplémentaire biaxe 54. Pour un panneau vertical dont l'axe Y de la figure 3 est orienté du bas vers le haut du panneau, I'invention permet d'élargir la plage d'angles de vue horizontaux assurant une bonne lisibilité du panneau placé en dessous du niveau du regard de l'utilisateur. Et notamment un contraste au moins égal à 100 est obtenu pour un angle de vue dans une plage angulaire, repérée par rapport à la droite normale à l'écran, entre +80 et -80 degrés sur l'horizontale et entre 0 et 60 degrés sur la verticale au dessus de la droite

normale.

La cellule selon l'invention présente de préférence une paire 50, 52 de couches supplémentaires de chaque côté de la couche de cristal liquide , ce qui présente l'avantage de réaliser une correction conservant la symétrie droite/gauche par rapport à l'axe Y. L'angle de vue est amélioré en respectant cette symétrie. Des variantes de l'invention peuvent être réalisées avec une couche supplémentaire unique, 50 ou 52, par exemple lorsque l'utilisateur d'un écran vertical selon l'invention est limité dans ses

déplacements horizontaux et n'observe l'écran que par un seul côté.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage avec une cellule de cristal liquide comportant une couche de cristal liquide (40) nématique en hélice placée entre deux polariseurs de type croisés (46, 48) et comportant, entre la couche de cristal liquide et au moins un des polariseurs, une structure (58, 59) de compensation des variations de contraste de la cellule en fonction de l'angle d'observation, laquelle structure comporte au moins deux milieux uniaxes négatifs superposés tels que l'axe optique de l'un (42, 44) est parallèle à la normale à la cellule, et celui de l'autre (41, 43) est incliné par rapport à cette normale d'une part et par rapport au plan (XY) de la cellule d'autre part, caractérisé en ce que la structure de compensation comporte en outre une première couche supplémentaire (54, 56) d'un matériau biréfringent biaxe et une seconde couche supplémentaire (55, 57) d'un

matériau biréfringent uniaxe positif.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe optique du matériau uniaxe positif de la seconde couche supplémentaire

(55, 57) est sensiblement perpendiculaire au plan (XY) de la cellule.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche supplémentaire biaxe (54) introduit un premier retard optique vu suivant la normale (Z) au plan de la cellule (XY) compris entre 15

et 60 nanomètres.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche supplémentaire biaxe (54) introduit un premier retard optique vu suivant la normale (Z) au plan de la cellule (XY) compris entre 20 et 40 nanomètres et présente un coefficient de biaxialité supérieur à 4, et en ce que le matériau uniaxe positif de la seconde couche supplémentaire (55) présente un indice extraordinaire ne et un indice ordinaire no tels que ne>no et que le second retard introduit par ladite seconde couche est supérieur à

nanomètres.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau uniaxe positif de la seconde couche supplémentaire (55) présente des indices optiques tels que ladite seconde couche supplémentaire introduit un second retard dépendant dudit premier retard et du coefficient de biaxialité de la première couche supplémentaire biaxe (54).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau biaxe de la première couche supplémentaire (54, 56) présente un indice de réfraction nZ selon la normale au plan (XY) de la cellule et des indices principaux nx, ny dans le plan de la cellule et un coefficient de biaxialité Nz vérifiant l'équation suivante: Nz= (nx- nZ)/(nx-ny), et en ce que le matériau uniaxe positif de la seconde couche supplémentaire (55, 57) présente un indice extraordinaire ne et un indice ordinaire no tels que ne>no et que le second retard introduit par ladite seconde couche est sensiblement égal au produit de la valeur du coefficient de biaxialité

décrémenté d'une unité par ledit premier retard.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le matériau biaxe de la première couche supplémentaire (54, 56) présente un axe lent (L54, L56) dans le plan (XY) de la cellule qui est sensiblement perpendiculaire à la direction d'alignement (A51, A53) des molécules de cristal liquide de la face (51, 53) la plus proche

de la couche de cristal liquide (40).

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que les première et seconde couches supplémentaires (54 et 55) d'une structure de compensation sont situées entre la couche de

cristal (40) et les deux milieux uniaxes négatifs superposés (42 et 41).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la seconde couche supplémentaire uniaxe (55) d'une structure de compensation est située entre la couche de cristal (40) et la première

couche supplémentaire biaxe (54).

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comporte deux structures (42, 41, 54 et 55), (44, 43, 56 et 57) de compensation situées entre les polariseurs (48, 46), une de chaque côté de la couche de cristal liquide (40) et comportant chacune une première couche supplémentaire (54, 56) d'un matériau biréfringent biaxe et une seconde couche supplémentaire (55, 57) d'un matériau biréfringent

uniaxe positif.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

l0 caractérisé en ce que l'hélice que forment les molécules de la couche de

cristal liquide (40) au repos présente une torsion de 90 degrés.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que chaque polariseur (46, 48) est croisé avec la direction d'alignement (A51, A53) de la face la plus proche de la couche de cristal

liquide (40).

13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'inclinaison de l'axe optique du matériau uniaxe de la seconde couche supplémentaire (55, 57) par rapport à la normale au plan

(XY) de la cellule est inférieur à 10 degrés.

14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'axe optique du matériau uniaxe de la seconde couche supplémentaire (55, 57) est perpendiculaire au plan (XY) de la cellule.