FR2847704A1

FR2847704A1 - Procede et dispositif perfectionnes d'affichage a cristal liquide nematique bistable

Info

Publication number: FR2847704A1
Application number: FR0214806A
Authority: FR
Inventors: Lagarde Philippe Martinot; Alain Boissier; Jacques Angele; Francois Leblanc
Original assignee: Nemoptic SA
Current assignee: France Brevets SAS
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-05-28
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: TWI360801B; JP5148048B2; US20060022919A1; EP1565784A1; CN1717619B; WO2004051357A1; KR20050086874A; TW200421247A; CN1717619A; US7864148B2; AU2003294058A1; JP2006508393A; KR101217447B1; FR2847704B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage comprenant un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable et à cassure d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend :- des composants (40) aptes à passer entre un état non passant et un état passant, disposés respectivement entre une électrode de commande (47) associée à chaque pixel et une liaison (45) de commande d'état d'affichage , et- des moyens aptes à appliquer sur l'entrée de chaque composant précité (40), par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état (45), des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé : une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la seconde phase de signal d'entrée.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à cristal liquide et plus précisément un procédé et un dispositif de commande de la commutation d'un afficheur nématique

bistable.

BUT DE L'INVENTION

Un but général de la présente invention est de perfectionner les dispositifs d'affichage bistables décrits dans le document [1]. Ces dispositifs sont généralement dénommés " BiNem ". Cette terminologie sera reprise dans le cadre de la présente demande de brevet. La

structure de ces dispositifs sera décrite plus en détail par la suite.

ETAT DE L'ART

Selon la nature physique du cristal liquide utilisé, on distingue les dispositifs nématiques, cholestériques, smectiques, ferroélectriques, etc. Dans les afficheurs nématiques, qui font l'objet de la présente invention, on utilise un nématique, achiral ou chiralisé par exemple en ajoutant un dopant chiral. On obtient de cette façon une texture spontanée uniforme ou faiblement tordue, dont le pas de l'hélice est supérieur à quelques micromètres. L'orientation et l'ancrage du cristal liquide à proximité des surfaces délimitées par des substrats sont définis par des couches ou des traitements d'alignement appliqués sur lesdits substrats. En absence de champ on impose de cette façon une texture

nématique uniforme ou faiblement tordue.

La plupart des dispositifs proposés et réalisés à ce jour sont monostables. En absence de champ, une seule texture est réalisée dans le dispositif. Elle correspond à un minimum absolu de l'énergie totale de la cellule. Sous champ, cette texture est déformée continment et ses propriétés optiques varient en fonction de la tension appliquée. A la coupure du champ, le nématique revient à nouveau dans la seule texture monostable. L'homme de l'art reconnaîtra parmi ces systèmes les modes de fonctionnement les plus répandus des afficheurs nématiques: nématiques tordus (TN pour Twisted Nematic), supertordus (STN pour Super Twisted Nematic), à biréfringence électriquement contrôlée (ECB pour Electrically Controled Birefringence), nématiques verticalement alignés (VAN pour Vertically Aligned Nematic), nématiques à commutation dans le plan du substrat (IPS pour In Plane

Switching) etc...

Une autre classe d'afficheurs nématiques est celle des nématiques bistables, multistables ou métastables. Dans ce cas au moins deux textures distinctes, stables ou métastables en absence de champ, peuvent être réalisées dans la cellule. La commutation entre les deux états est réalisée par l'application de signaux électriques appropriés. Une fois l'image inscrite, elle reste mémorisée en absence de champ, grâce à la bistabilité. Cette mémoire des afficheurs bistables est très attractive pour de nombreuses applications. D'un côté, elle permet un faible taux de rafraîchissement des images (seulement lorsque l'on souhaite la changer), très favorable pour diminuer la consommation des appareils portables. D'autre part la mémoire permet un très fort taux de multiplexage, avec une qualité d'image

indépendante du nombre de lignes.

Description de l'écran bistable dénommé BiNem (figure 1)

Un nouvel afficheur bistable est décrit dans le document [1].

Cet afficheur est schématisé sur la figure 1.

Il est constitué d'une couche de cristal liquide 10 nématique chiralisé ou de cholestérique placée entre deux lames ou substrats 20, dont l'un au moins est transparent. Deux électrodes 22, 32 disposées respectivement sur les substrats 20, 30 permettent d'appliquer des signaux électriques de commande sur le cristal liquide nématique chiralisé 10 situé entre elles. Sur les électrodes 22, 32, des couches d'ancrage 24, 34 orientent les molécules du cristal liquide 10 dans les directions voulues. Sur une lame maître 20 l'ancrage 24 des molécules est fort et légèrement incliné. Sur la lame esclave 30 il est faible et à plat. L'ancrage 24, 34 des molécules 10 sur ces surfaces 22, 32 est

monostable.

Un système optique complète le dispositif.

Plus précisément on a schématisé respectivement sur la gauche et sur la droite de la figure 1 deux états, chacun stable sans champ, susceptibles d'êtres occupés par les molécules du cristal liquide, et on a illustré au centre de la même figure 1 un état cassé stable sous fort champ électrique, instable sans champ. Il est occupé provisoirement par les molécules de cristal liquide au cours du processus de commande de l'afficheur. Les deux textures bistables U (uniforme ou faiblement tordue) et T (tordue) du cristal liquide, illustrées respectivement sur la gauche et sur la droite de la figure 1, sont stables sans champ appliqué. L'angle entre la direction d'ancrage sur la lame maître 20 et sur la lame esclave est faible ou nul. Les torsions des deux textures diffèrent en valeur absolue d'environ 180 , et comme le pas spontané po du nématique est choisi proche de 4 fois l'épaisseur d de la cellule (po _ 4.d), les énergies des textures U et T sont essentiellement égales. Sans champ il n'existe aucun autre état avec une énergie plus basse: U et T présentent une

vraie bistabilité.

Un avantage de la structure BiNem est que les deux textures U et T sont planaires, ce qui permet d'obtenir un bon angle de vue sans film de compensation. Les performances optiques du BiNem en

configuration réflective sont décrites par exemple dans le document [5].

Mode de commutation entre les textures du BiNem Le passage d'une texture à l'autre nécessite de casser l'ancrage

sur la surface 32/34 possédant une énergie d'ancrage zénithale faible.

Principe physique Les deux textures bistables U et T sont topologiquement distinctes. Il est impossible de les transformer l'une dans l'autre par une déformation continue du volume. La transformation d'une texture U en une texture T ou vice-versa nécessite donc soit la rupture de l'ancrage sur les surfaces, induite par un fort champ externe, soit le déplacement d'une ligne de désinclinaison. Ce second phénomène, nettement plus lent que le premier, peut-être négligé et ne sera pas détaillé dans la suite. Toute couche d'alignement d'un cristal liquide peut être caractérisée par une énergie d'ancrage zénithale Az. Cette énergie est toujours finie. On montre qu'il existe alors un champ seuil E, également fini (seuil de cassure de l'ancrage), qui donne à la surface, quelle que soit la texture précédente sans champ, une texture homéotrope (H). La cassure de l'ancrage nécessite l'application d'un champ au moins égal au champ seuil Ec. Ce champ doit être appliqué suffisamment longtemps pour que la réorientation du cristal liquide au voisinage de la surface aboutisse à la texture homéotrope, comme schématisé au centre de la figure 1. Ce temps minimal dépend de l'amplitude du champ appliqué, mais aussi des caractéristiques

physiques du cristal liquide et de la couche d'alignement.

Dans le cas statique (champs appliqués pendant quelques millisecondes ou plus), E _, o Az est l'énergie d'ancrage \K3390Ag zénithale de la surface, K33 le coefficient élastique de flexion du cristal liquide, Ag son anisotropie diélectrique relative et Eo la constante

diélectrique du vide.

On définit Vc, tension de cassure d'ancrage telle que: Vc = E,.d avec d épaisseur de la cellule de cristal liquide. Une valeur typique de Vc

est 16 V pour un BiNem.

L'ancrage est dit cassé lorsque les molécules sont normales à la lame au voisinage de cette surface, et que le couple de rappel exercé par la surface sur ces molécules est nul. En pratique, il suffit que l'écart entre l'orientation des molécules et la normale à la surface soit suffisamment petit, par exemple inférieur à 0,50, et que le couple qui s'applique sur les molécules à la surface soit assez faible (un tel état est schématisé au centre de la figure 1). Quand ces conditions sont réunies, les molécules nématiques à proximité de la surface cassée 34 se trouvent en équilibre instable lorsque le champ électrique est coupé, et peuvent soit revenir à leur orientation initiale, soit tourner en sens inverse et induire une nouvelle texture différant de la texture initiale

d'une torsion de 1800.

Le contrôle de la texture finale dépend de la forme du signal électrique appliqué, en particulier de la manière dont ce champ est

ramené à zéro.

Une descente progressive de la tension de l'impulsion minimise l'écoulement. Les molécules près de la lame maître 20 descendent lentement vers leur état d'équilibre. Leur couplage élastique avec les molécules du centre de l'échantillon les fait s'incliner aussi dans la même direction. Ce mouvement diffuse jusqu'à la lame esclave 30 o les molécules s'inclinent à leur tour rapidement dans la même direction, aidées par le couple de surface. L'état uniforme U se construit ensuite progressivement au centre de la cellule comme schématisé sur la

gauche de la figure 1.

Lorsque le champ décroît brusquement, l'orientation du cristal liquide est modifiée, d'abord au voisinage de la surface forte (lame maître 20), avec un temps de relaxation de surface égal à il, o K' L= 33 est la longueur d'extrapolation de la couche forte et y, la Az viscosité de rotation du cristal liquide. Ce temps est typiquement de

l'ordre d'une dizaine de microseconde.

La commutation de la surface forte 24 en un temps aussi court induit un fort écoulement près de cette surface, qui diffuse dans le volume et atteint la surface faible (lame esclave 30) après un temps caractéristique inférieur à la microseconde. Le cisaillement induit sur la surface faible (lame esclave 30) crée un couple hydrodynamique sur les molécules de cette surface. Ce couple est en sens inverse du couple élastique induit par l'inclinaison de la lame maître 20. Lorsque le cisaillement est suffisamment important, le couple hydrodynamique sur la surface faible 34 est le plus fort. Il promeut la texture tordue T schématisée sur la droite de la figure 1. Lorsque le cisaillement est plus faible, le couple élastique sur la surface faible 34 est le plus fort, il induit

la texture uniforme U schématisée sur la gauche de la figure 1.

Le sens de rotation des molécules dans la cellule est indiqué par deux flèches référencées respectivement RU (pour la commutation dans

l'état U) et RT (pour la commutation dans l'état T) sur la figure 1.

Le volume se ré-oriente ensuite, avec un temps caractéristique de relaxation de volume tvol égal à Y', o d est l'épaisseur de la K' cellule. Ce temps, typiquement de l'ordre d'une milliseconde, est bien

supérieur au temps de relaxation de la surface forte.

Mise en oeuvre pratique De manière générale, la commutation d'un pixel de cristal liquide de type BiNem s'effectue en deux phases (une première phase, de cassure de l'ancrage, et une deuxième phase, de sélection) Première phase: phase de cassure de l'ancrage, notée C. La phase C consiste à appliquer un signal électrique adapté pour casser l'ancrage sur la lame esclave 30. De manière générale, plus la phase C est courte, plus on doit augmenter l'amplitude crête du signal appliqué. Pour une amplitude et une durée données, le détail de la forme de ce signal (pentes, niveaux intermédiaires...) n'affecte pas de façon déterminante le déroulement de la phase suivante, pourvu que la

cassure d'ancrage soit réalisée.

Deuxième phase: phase de sélection, notée S. La tension appliquée pendant la phase S doit permettre la sélection d'une des deux textures bistables U ou T. Compte tenu de l'effet expliqué précédemment, c'est la forme de la descente de l'impulsion électrique appliquée aux bornes de chaque pixel qui

conditionne le passage d'une texture à l'autre.

Pour obtenir le passage à la texture T * Phase C: cassure de l'ancrage Pendant la phase C de cassure de l'ancrage, il faut appliquer une impulsion fournissant un champ supérieur au champ de cassure de l'ancrage sur la lame esclave 30 et attendre le temps nécessaire au lever des molécules dans le pixel comme illustré au centre de la figure 1. Le champ de cassure est fonction des propriétés élastiques et électriques du matériau cristal liquide 10 et de son interaction avec la couche d'ancrage 34 déposée sur la lame esclave 30 de la cellule. Il est variable de quelques volts à la dizaine de volt par micron. Le temps de lever des molécules est proportionnel à la viscosité rotationnelle y et inversement proportionnel à l'anisotropie diélectrique du matériau 10 utilisé ainsi qu'au carré du champ appliqué. Pratiquement, ce temps peut descendre vers quelques microsecondes pour des champs de 20

volts par micron.

10. Phase S: Sélection de la texture Il suffit ensuite de réduire le champ rapidement, en créant en quelques microsecondes ou au plus en quelques dizaines de microsecondes une chute brusque de la tension de commande. Cette chute brusque de tension, d'amplitude au moins égale à une valeur AV, est telle qu'elle est capable d'induire, dans le cristal liquide, un effet hydrodynamique suffisamment intense. Pour produire la texture T, cette chute AV doit impérativement faire passer la tension appliquée d'une valeur supérieure à la tension de cassure d'ancrage V, à une valeur

inférieure à celle-ci.

Un exemple de signal pour passer à la texture T est un signal de type créneau, d'amplitude Pl > Vc et Pl = AV. Sa durée doit être suffisante pour casser l'ancrage. La descente de Pi à 0 avec Pl = AV

permet la sélection de T (cf figure 2).

Un autre exemple de signal pour passer à la texture T est un signal à deux plateaux comportant une première séquence de cassure d'ancrage de durée Tl et d'amplitude Pl avec Pi > Vc, suivie d'une seconde séquence de sélection de durée T2 et d'amplitude P2 telle que soit P2 = AV, soit Pi - P2 = AV. Le temps de descente du champ appliqué doit être inférieur au dixième de sa durée ou à 30 micro

seconde dans le cas d'impulsions longues (supérieures à 1 ms).

Pour obtenir la texture U: 0 Phase C: Cassure de l'ancrage Pendant la phase C de cassure de l'ancrage, il faut appliquer un champ supérieur au champ de cassure de l'ancrage sur la lame esclave pendant un temps suffisant pour lever les molécules comme dans le

cas de l'inscription dans l'état T précité.

a Phase S: sélection de la texture Puis il convient de réaliser une "descente lente" de la tension appliquée. Le document [1] propose deux réalisations de cette "descente lente": le signal est soit une impulsion de durée Tl et d'amplitude Pi suivie d'une rampe de durée 12 dont le temps de descente est supérieur à trois fois la durée de l'impulsion (figure 3), soit

une descente en escalier.

Un exemple de signal pour passer à la texture U est un signal à deux plateaux comportant une première séquence de cassure de durée Tl et d'amplitude Pi (Pi > Vc), suivie d'une seconde séquence de sélection de durée 12 et d'amplitude P2 telle que P2 < AV et Pi - P2 < AV. La descente en escalier de deux paliers est plus facilement réalisable avec des moyens de l'électronique digitale. On peut cependant bien entendu imaginer une descente en un nombre de plateaux supérieur à deux. Il est ainsi possible en appliquant un signal simple à deux plateaux aux bornes du pixel d'obtenir soit la texture U soit la texture T. Le premier plateau (P, T1) correspond à la phase de cassure d'ancrage, le deuxième plateau (P2, 12) permet la sélection de la texture par la valeur de P2. Ce signal est illustré figure 4. Une valeur P2T correspond à une valeur de P2 permettant le passage à T (pour Pi donné), une valeur P2U correspond à une valeur de P2 permettant le passage à une texture

U (pour Pl donné).

Valeurs typiques: Pi = 20 V, P2U = 7 à 9 V pour i= T2 = i ms Adressage classique du BiNem par multiplexage Principe du multiplexage classique et limitations Dans le cas d'un écran matriciel de moyenne résolution, l'homme de l'art sait qu'il est hors de question de relier individuellement chaque pixel à une électrode de commande indépendante, car cela nécessiterait une connexion par pixel, ce qui est impossible topologiquement dès que l'écran devient complexe. Il est possible d'économiser des connexions en recourant à la technique du multiplexage lorsque l'effet électro-optique utilisé est non linéaire, ce qui est le cas des technologies à cristaux liquides usuelles. Les pixels sont rassemblés par un système matriciel en n groupes de m pixels chacun. Ce sont par exemple n lignes et m colonnes pour les écrans matriciels ou n chiffres et m parties de chiffre pour les afficheurs numériques. Dans le mode d'adressage séquentiel, qui est le plus utilisé, une seule ligne est sélectionnée à la fois, puis on

passe à la ligne suivante et ainsi de suite jusqu'à la dernière ligne.

Durant le temps de sélection d'une ligne, les signaux colonnes sont appliqués au même instant à tous les pixels de la ligne. Cette méthode permet d'adresser une image dans un temps total égal au temps d'adressage d'une ligne multiplié par le nombre de lignes n. Avec cette méthode, il suffit de m + n connexions pour adresser un écran de m x n pixels, o m est le nombre de colonnes de la matrice considérée. Un

écran matriciel multiplexé est illustré sur la figure 5.

Le signal électrique vu par le pixel est la différence entre le signal appliqué à la ligne et le signal appliqué à la colonne dont le pixel

est l'intersection.

Ce principe d'écran dessiné sur la figure 5 est dit "écran passif".

Une électrode ligne est commune à tous les pixels de cette ligne et une

électrode colonne est commune à tous les pixels de cette colonne.

Les électrodes conductrices doivent être transparentes. Le matériau utilisé par tous les fabricants est l'ITO (Oxyde mixte d'Indium

et d'Etain).

L'inconvénient du multiplexage d'un écran passif est qu'un pixel est sensible aux signaux colonnes pendant tout le temps d'adressage de

l'image, et non pas seulement pendant la durée d'activation de sa ligne.

C'est à dire qu'un pixel de l'écran reçoit, pendant le temps d'inscription de l'image, successivement les signaux colonne de toute sa colonne. On peut considérer les signaux appliqués au pixel en dehors du temps de sélection de sa ligne comme des signaux parasites, qui interviennent dans la réponse électro-optique du pixel de cristal liquide. Plus précisément, pour les matrices passives de type TN, STN ou une de leurs variantes dans les conditions usuelles de fonctionnement, l'état du cristal liquide dans un pixel ne dépend presque exclusivement que de la valeur quadratique moyenne (RMS pour Root Mean Square) de la

tension qui lui est appliquée pendant le temps d'adressage de l'image.

Donc l'état final des molécules de cristal liquide, soit in fine la transmission optique du pixel, est déterminé par la valeur RMS de la tension appliquée pendant le temps d'adressage de l'image. De plus, la cadence de rafraîchissement des images est imposée par la sensibilité de l'oeil au papillotement, typiquement 50 Hz. Sensibilité à la valeur RMS et cadence fixe ont pour conséquence une limitation du nombre de

lignes de l'écran exprimée par le critère de Ait et Plesko (document [2]).

Le multiplexage d'un écran passif est donc adapté à des LCD de

résolution moyenne.

Multiplexage appliqué au BiNem Pour être multiplexé, le signal pixel doit être décomposé en un signal ligne, commun à tous les pixels, et un signal colonne qui selon son signe permettra d'obtenir soit la texture U soit la texture T. La figure 6 montre un exemple de signaux ligne et colonne permettant de réaliser

le signal pixel adéquat.

Le signal ligne (figure 6a) comporte deux plateaux: le premier fournit une tension Ai pendant un temps t1, le deuxième fournit une tension A2 pendant un temps X2. Le signal colonne (figures 6b pour le passage en U et 6c pour le passage en T) d'amplitude C est appliqué uniquement pendant le temps t2, en positif ou en négatif selon que l'on veut effacer (ie obtenir l'état U) ou inscrire (ie obtenir l'état T). Un temps T3 sépare deux impulsions ligne. Les figures 6d et 6e illustrent les signaux appliqués respectivement aux bornes d'un pixel effacé (passage

en U) et aux bornes d'un pixel inscrit (passage en T).

Les conditions à remplir pour ces signaux sont

Ai = Pi; A2-C = P2U; A2+C=P2T.

Avec l'exemple numérique précédent une solution est il A1= 20 V, A2 = 10. 5 V, C = 2.5 V; d'o P2U = 8V et P2T = 13 V 1 = t2 = 1 ms Ces signaux sont très simples et permettent un ajustement facile

de tous leurs paramètres aux caractéristiques de l'écran.

Le principe de commutation fondé sur la forme du flanc

descendant du signal pixel est spécifique du BiNem.

Pour tenir compte des problèmes de dégradation par électrolyse de certains matériaux cristal liquide lorsqu'il sont soumis à une tension continue, il est souvent utile d'appliquer sur les pixels des signaux de valeur moyenne nulle ou presque. Des techniques permettant de transformer les signaux de principe de la figure 6 en signaux symétriques de valeur moyenne nulle sont décrites dans le document [4]. Limitations du multiplexage pour le BiNem Limitation sur la cadence Dans un adressage multiplexé une ligne à la fois, le temps d'inscription d'une image de n lignes est égal à n fois le temps

d'adressage d'une ligne.

Dans l'exemple précédent le temps ligne est 2ms, soit pour 160 lignes un temps image de 320 ms et pour 480 lignes un temps image de

960 ms.

Ces cadences d'inscription d'une image sont faibles, et ne sont

pas compatibles avec l'affichage d'image animées.

Une solution pour améliorer la vitesse d'inscription d'une image

en adressant plusieurs lignes à la fois est décrite dans le document [3].

Cette technique est néanmoins limitée à des gains de rapidité de l'ordre d'un facteur 2 ou 3, insuffisant pour atteindre la cadence autour de 50 Hz sur un afficheur de résolution moyenne (typiquement 300 lignes). Cette limitation est commune au BiNem et aux cristaux liquides standards. Sensibilité aux signaux parasites Dans le mode multiplexé, un pixel (N,M) est soumis au signal ligne d'adressage pixel et au signal colonne qui le concernent. Mais il est également soumis aux signaux colonnes d'amplitude +/- C destinés aux autres pixels de la colonne M dont il fait partie avec une période T=l1+T2+T3 (figure 7). Ces signaux sont des signaux parasites qui affectent la tension pixel pendant le temps d'inscription de l'image. En effet le cristal liquide nématique est sensible à la valeur tension quadratique moyenne à laquelle il est soumis. L'aspect optique de

l'affichage est donc perturbé pendant l'inscription de l'image.

Une solution permettant de diminuer cet effet est proposée dans le document [4]. La durée du signal colonne est réduite par rapport à la durée du deuxième plateau du signal ligne, permettant une diminution des signaux parasites et donc de la perturbation optique de l'image pendant l'inscription. Cependant cette diminution est limitée par plusieurs facteurs: lorsque l'on diminue la température de fonctionnement il faut augmenter l'amplitude des signaux colonnes pour continuer à commuter entre U et T. De plus, pour faire commuter l'ensemble des pixels d'une cellule, il est nécessaire de choisir une amplitude C plus importante que celle qui convient pour un pixel unique, car la technologie introduit une dispersion spatiale des tensions de

commutation dont il faut tenir compte.

Les cristaux liquides standards sont également sensibles à la valeur RMS de la tension appliquée, mais cette valeur influence l'état du pixel non pas uniquement pendant l'inscription de l'image, mais de façon permanente puisqu'ils doivent être constamment adressés pour

présenter l'état optique désiré.

Sensibilité aux caractéristiques électriques et géométriques de la piste d'adressage D'après ce qui a été décrit précédemment, une spécificité du BiNem est que la commutation à la texture T nécessite d'appliquer au pixel une descente raide de tension. Un signal de type double plateau possédant une chute en tension suffisante se propage le long de toute la ligne d'ITO jusqu'au dernier pixel de la ligne. Du fait des caractéristiques électriques de la ligne (RC), la forme de l'impulsion va être modifiée lors de sa propagation. Il est fondamental que sa forme à l'arrivée sur le dernier pixel soit toujours compatible avec la commutation en T. Nous allons étudier sur un exemple typique l'évolution de la pente descendante du signal appliqué à une ligne pendant la propagation sur

cette ligne.

Nous supposerons pour simplifier un signal de commutation en T de type créneau, d'amplitude 20 V. Pour cette tension, il a été évalué que la commutation en T s'effectue si la chute de tension (de 90% à

% de sa valeur) s'effectue en moins d'un temps Tt d'environ 30 ps.

Considérons un afficheur de M colonnes et N lignes, de longueur L et de largeur l (voir figure 8). La longueur d'un pixel est L/M = p. La largeur d'un pixel est I/N = a. La zone de séparation entre les lignes et

les colonnes est négligée, la zone active du pixel est pxa.

Le schéma électrique équivalent d'une ligne est donné figure 9.

Chaque pixel est équivalent à un tripole comprenant une résistance série Rpx et une capacité parallèle Cpx définies comme suit Rpx = p/a. Rc avec Rc résistance carré de l'ITO

La résistivité du cristal liquide est négligée.

Cpx = CCL = gO.Er a.p / e e épaisseur de la cellule cristal liquide go constante diélectrique de vide rr constante diélectrique relative du cristal liquide La constante de temps Rpx Cpx associée à chaque pixel est donc Rpx.Cpx = Rc.(EO.Er/e).p2 La propagation sur la ligne est donnée par une équation de diffusion. L'impédance de la ligne se calcule analytiquement. Le temps caractéristique Td à l'extrémité de la ligne de longueur L est Td = Rc.(gooer/e).L2 Le temps de montée ou de descente ( 90% -10%) en bout de

ligne pour un échelon appliqué en début de ligne est de 0,9.Td.

La figure 10a représente la forme calculée de la descente du signal électrique appliqué au pixel numéro M (pixel en bout de ligne) pour des longueurs de ligne de 30, 60, 90, 120 et 150mm avec les valeurs numériques typiques suivantes: go = 8.854.10_12 F/m Er = 15; e= 1.5 pm; a=p=200 pm; Rc = 30 Q;

Rcontact = 1 kQ.

On remarque sur la figure 10a qu'au delà d'une longueur de mm, la descente (900/o-10%) s'effectue en plus de Tt = 30ps. Le

passage en texture T n'est donc plus possible.

Une solution est de réduire la résistance carrée Rc de l'ITO. La figure 10b reprend les mêmes paramètres que pour la figure 10a mais avec Rc(ITO) =15Q. On constate en comparant les deux séries de courbes que le seuil des 30ps est atteint pour une longueur d'environ

mm, à comparer avec une longueur de 120 mm pour Rc=30Q.

Diviser Rc par 2 permet de multiplier par racine de 2 seulement la

longueur de la ligne.

Mais la réduction du Rc implique une augmentation de l'épaisseur de l'ITO et donc du cot de l'ITO. 15 Q est une valeur

accessible, SQ est une valeur limite.

La relation 0.9xRc.(Eoo.r/e).L2<30 ps limite donc la longueur de la ligne de l'écran que l'on pourra adresser. Cette limitation est spécifique au mode de commutation du BiNem qui est sensible à la forme du signal électrique appliqué. Les cristaux liquides standards (TN et STN par exemple) sont sensibles à la valeur quadratique moyenne du

signal électrique appliqué qui est moins affectée par cette atténuation.

Adressage actif des cristaux liquides standards Principe de l'adressageactif Le principe de l'adressage actif d'un pixel de cristal liquide, utilisant par exemple un transistor en couche mince (TFT pour Thin Film Transistor), généralement de type MOS, est illustré figure 11. Chaque pixel est adressé à travers un interrupteur 40 (TFT) qui le relie à sa colonne 45 pendant la phase d'adressage (temps ligne) et qui l'isole de l'environnement extérieur pendant la phase de maintien (temps trame ou adressage de toute l'image), ce qui permet de maintenir une tension constante à ses bornes pendant toute la durée de la trame. L'activation de l'interrupteur est provoquée par un balayage séquentiel des lignes 46 de l'écran (comme pour l'adressage multiplexé), ou l'on applique une tension de fermeture (pour rendre le transistor passant) pendant le temps ligne correspondant, et une tension d'ouverture (pour rendre le transistor bloquant) pendant l'adressage des autres lignes. La ligne 46 est ainsi connectée à la grille 41 du transistor MOS 40 qui commande l'ouverture ou la fermeture de celui-ci, la colonne 45 à la source 42, et le drain 43 à l'électrode de commande 47 du pixel de cristal liquide. Sur l'autre face du pixel, la contre électrode 48 est commune à tous les

pixels.

Les schémas électriques équivalents d'un pixel lorsque le transistor est passant et bloquant sont donnés respectivement figures

12a et 12b.

Chaque pixel proprement dit de cristal liquide peut être assimilé à une cellule comprenant en parallèle une capacité CCL et une résistance RCL. A l'état passant, comme illustré sur la figure 12a, un courant passe à travers la résistance Ron du transistor et charge la cellule précitée ( CCL, RCL)20 A l'état bloquant, comme illustré sur la figure 12b, un courant de

fuite peut décharger la capacité CCL à travers la résistance parallèle RCL.

Afin de minimiser les fuites pendant la phase de maintien et les couplages parasites entre pixels, une capacité de stockage Cs est généralement ajoutée en parallèle de la capacité CCL du cristal liquide,

au prix d'une complexification de la technologie TFT.

Les paramètres électriques importants dans un écran cristal liquide adressé par TFT sont

Ron et Roff du transistor.

Cpx = CCL+CS capacité totale du pixel RCL: résistance du CL De plus les pistes qui forment les lignes 46 et les colonnes 45 qui véhiculent le signal électrique jusqu'au pixel ont des résistivités non nulles. Les pistes 45 et 46 qui se croisent forment à l'endroit du croisement des capacités parasites. La résistance et la capacité réparties le long de la piste provoquent une déformation et un déphasage du signal (idem ITO). On définit Rpc et Cpc: Rpc: résistance totale de la piste colonne qui transporte le data jusqu'au pixel Cpc: capacité totale de la piste colonne qui transporte le data jusqu'au pixel Les couches d'alignement du cristal liquide (non dessinées sur la figure 11), sont déposées sur les électrodes 47, 48, comme pour les LCDs

passifs multiplexés.

Avantages de l'adressage actif Cadence Typiquement, 75 Hz correspond à un temps trame de 13 ms, et 13 ps par ligne sont nécessaires pour adresser 1000 lignes. Lorsque le transistor est passant, le temps ligne pour charger la capacité du cristal liquide doit être de l'ordre de une à quelques dizaines de ps. Ceci impose une valeur faible pour le Ron du transistor. Si cette condition est vérifiée, des cadences d'adressage élevées d'images de haute résolution

sont possibles avec cette méthode.

Résolution Lorsque le transistor est bloquant, la tension est maintenue aux bornes du pixel, qui est isolé des signaux colonne parasites pendant tout le temps trame. La contrainte du multiplexage (critère de Ait et Pleshko) est levée, un grand nombre de pixel peut être adressé. La limitation est, pour maintenir un niveaux de gris donné, que la tension aux bornes du pixel soit maintenue à une valeur donnée, et ne varie pas plus que la différence de tension entre 2 gris. Pour cela, la résistance de fuite du pixel doit être inférieure à une certaine valeur, ce qui impose une contrainte à la fois sur le Roff du transistor et sur la résistivité RCL du

cristal liquide.

Quelques chiffres pour un TFT adressant 1000 lignes à 75 Hz, avec 256 niveaux de gris Temps trame: 13 ms Temps ligne (ouverture de la grille) Tg = 13 ps Mise en place de la tension aux bornes du pixel: elle doit varier de 3 V environ en Tg = 13 ps Maintien du niveau de gris de départ: La tension aux bornes du pixel doit être maintenue avec une variation inférieure à 10 mV pendant le temps trame (13 ms). Cette contrainte impose un Roff du transistor

et une résistivité du cristal liquide élevés.

Les TFT dits " standards " utilisent une couche mince de silicium amorphe (a-Si) et sont couplés au mode TN (Twisted Nematic). Pour des écrans de grande taille à forte valeur ajoutée, le TFT est plutôt associé aux modes IPS (In Plane Switching) ou MVA (Multidomain Vertically

Aligned) possédant un meilleur angle de vue.

Limitation de l'adressage actif: consommation des écrans à CL standards Une limitation forte des écrans TFT pour les applications nomade est leur consommation électrique non négligeable. Par exemple, un moniteur à matrice TFT de 15 pouces de diagonale consomme couramment près de 20 W, dont approximativement la moitié sert au rétro éclairage. Cette situation provient à la fois du caractère non bistable des écrans TFT usuels (qui exploitent l'effet TN), mais aussi de la faible efficacité lumineuse de la technologie TFT. Une des principales causes de cette faible efficacité est l'existence d'un taux d'ouverture médiocre. Dans ces conditions, le rétro éclairage est pratiquement obligatoire pour les ambiances lumineuses usuelles. L'autonomie d'un tel dispositif à écran TFT lorsqu'il n'est pas relié à un réseau d'alimentation électrique ne peut être que faible. Cette tendance est accentuée avec la technologie TFT-IPS. L'angle de vue de cette technologie est en effet comparable à celui des écrans Binem, mais l'existence d'un réseau d'électrodes à faible pas pour appliquer le champ latéral aux pixels réduit encore le taux d'ouverture. La puissance du système d'éclairage, donc la consommation du dispositif, doit être supérieure à celle d'un TFT classique à brillance de l'image équivalente. De plus, les dispositifs IPS requièrent des tensions de fonctionnement significativement supérieures à celles des écrans TFT classiques. Le bilan énergétique est donc là aussi dégradé. De plus, le surcot induit par le choix de la technologie IPS

représente un réel obstacle pour de nombreuses applications de masse.

Non seulement la consommation électrique des écrans TFT est élevée, mais son caractère non bistable fait qu'il est impossible, même dans les

cas favorables, de l'abaisser.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention a pour but de proposer de nouveaux moyens

permettant de perfectionner l'état de l'art.

Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage comprenant un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable et à cassure d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend: - des composants aptes à passer entre un état non passant et un état passant, disposés respectivement entre une électrode de commande associée à chaque pixel et une liaison de commande d'état d'affichage, et - des moyens aptes à appliquer sur l'entrée de chaque composant précité, par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état, des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la

seconde phase de signal d'entrée.

Plus précisément encore, dans le cadre de la présente invention, de préférence les composants précités sont formés d'interrupteurs pilotés entre un état non passant et un état passant par un signal d'adressage, et sont disposés respectivement entre une électrode de commande associée à chaque pixel et une liaison de commande d'état d'affichage, et par ailleurs le dispositif comprend des moyens aptes à définir des signaux d'adressage comprenant au moins deux phases actives pilotant un interrupteur à l'état passant, séparées d'un intervalle de temps contrôlé, et aptes à appliquer sur l'entrée de chaque interrupteur piloté, par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état, en synchronisme avec les phases actives du signal d'adressage rendant celui-ci sélectivement passant, des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la

seconde phase de signal d'entrée.

Nous appellerons cette structure " BiNem actif ".

Dans le cadre de la présente invention, l'expression " écran matriciel " ne doit pas être considérée comme limitée à un agencement régulier de pixels en lignes et colonnes. Elle englobe tout agencement de pixels sous forme de n groupes de m éléments associés, par exemple n

chiffres formés chacun de m éléments.

La présente invention concerne également un procédé de commande électrique d'un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable et à cassure d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend: - la fourniture de composants aptes à passer entre un état non passant et un état passant, disposés respectivement entre une électrode de commande associée à chaque pixel et une liaison de commande d'état d'affichage et qu'il comprend les étapes consistant, pour la commande électrique à - appliquer sur l'entrée de chaque composant précité, par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état, des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la seconde phase de signal d'entrée. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'écran conforme à la présente invention utilise deux textures, l'une uniforme ou faiblement tordue dans laquelle les molécules sont au moins sensiblement parallèles entre elles, et l'autre qui diffère de la

première par une torsion de l'ordre de plus ou moins 1800.

Bien que l'utilisation d'un adressage actif, par l'intermédiaire d'interrupteurs commandés respectifs, offre de nombreux avantages dans la cadre d'un écran de type Binem, c'est-à-dire utilisant un cristal liquide nématique bistable à cassure d'ancrage, l'homme de l'art ne pouvait trouver aucune incitation à une telle réalisation dans la

littérature de l'état de la technique.

Bien au contraire, les formes et durées requises des signaux de commande pour l'adressage actif étaient jusqu'ici incompatibles avec un

écran bistable opérationnel de type Binem.

Par ailleurs, la consommation d'un écran à cristal liquide à adressage actif apparaissait complètement rédhibitoire pour l'homme de

l'art dans le contexte d'un écran Binem.

Enfin, le cot des écrans à adressage actif, en raison notamment de la présence d'un interrupteur associé à chaque pixel ne pouvait

jusqu'ici inciter l'homme de l'art à une telle réalisation.

La dissociation des signaux d'adressage et des signaux de commande, en deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé, tel que proposé dans le cadre de la présente invention constitue ainsi une innovation forte qui permet un réel perfectionnement de l'état de

l'art, comme on le précisera par la suite.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente

invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va

suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels: 5. la figure 1, précédemment décrite, représente schématiquement un écran Binem, conforme à l'état de la technique, la figure 2, précédemment décrite, représente un exemple de signal pixel en créneau, pour la commutation dans l'état T, pour un tel écran Binem, 10. la figure 3, précédemment décrite, représente un exemple de signal pixel à front descendant progressif, pour la commutation dans l'état U, pour un tel écran Binem, la figure 4, précédemment décrite, représente un exemple de signal pixels à deux plateaux, permettant la sélection de la texture en fonction de la valeur P2 du deuxième plateau de l'impulsion appliquée aux bornes du pixel, pour un tel écran Binem, la figure 5, précédemment décrite, représente schématiquement un écran matriciel multiplexé, la figure 6, précédemment décrite, représente un exemple de signaux ligne et colonne, pour un pixel, dans un mode multiplexé, pour un écran Binem, la figure 7, précédemment décrite, représente un signal électrique aux bornes d'un pixel d'un écran Binem en mode multiplexé, la figure 8, précédemment décrite, donne une autre représentation d'un afficheur multiplexé, la figure 9, précédemment décrite, illustre un schéma électrique équivalent d'une ligne d'un afficheur à cristaux liquides multiplexé, du type écran Binem en mode multiplexé, la figure 10, précédemment décrite, représente l'évolution de la forme du flanc descendant de la tension appliquée à un pixel d'un écran de type Binem en mode multiplexé, lors de la propagation le long d'une ligne, pour une résistance carré de l'ITO respectivement de 30 ? sur la figure 10a et de 15 2 sur la figure 10b, la figure 11, précédemment décrite, représente schématiquement le principe général d'un adressage actif, conforme à l'état de la technique, la figure 12, précédemment décrite, représente le schéma électrique équivalent d'un pixel de cristal liquide adressé par un transistor, respectivement à l'état passant sur la figure 12a et à l'état bloquant sur la figure 12b, la figure 13 représente l'adressage d'un écran dit " Binem actif ", conforme à la présente invention, pour la commutation au choix dans l'état U ou dans l'état T, selon une première option de mise en oeuvre comprenant 3 phases ou étapes successives d'application de signaux de commande, plus précisément la figure 13a représente le signal d'adressage appliqué sur la grille d'un transistor, la figure 13b représente deux variantes du signal de commande d'état appliqué sur la source du transistor pour obtenir respectivement les états U et T, les figures 13c et 13d représentent respectivement le signal résultant disponible sur le drain du transistor et par conséquent sur le pixel, dans le cas d'un passage à l'état U et dans le cas d'un passage à l'état T, et la figure 13e représente schématiquement un deuxième signal d'adressage décalé par rapport à celui de la figure 13a et destiné à une deuxième ligne de l'affichage, la figure 14 représente le schéma électrique équivalent d'un pixel de cristal liquide de type Binem adressé par un transistor, par exemple de type TFT, selon une deuxième option de mise en oeuvre comprenant deux phases ou étapes successives d'application de signaux de commande, la figure 15 représente schématiquement l'adressage d'un écran dit "Binem actif" conforme à la présente invention pour la commutation au choix dans l'état U ou dans l'état T selon une deuxième option de mise en oeuvre comprenant deux phases ou étapes successives d'application de signaux de commande, plus précisément la figure 15a représente le signal d'adressage appliqué sur la grille d'un transistor, la figure 15b représente le signal de commande d'état appliqué sur la source du transistor, les figures 15c et 15d représentent respectivement le signal résultant disponible sur le drain du transistor et par conséquent sur le pixel, dans le cas d'un passage à l'état T et dans le cas d'un passage à l'état U, et la figure 15e représente schématiquement un deuxième signal d'adressage décalé par rapport à celui de la figure 15a et destiné à une deuxième ligne de l'affichage, - la figure 16 représente schématiquement la tension électrique aux bornes d'un pixel conforme à la présente invention pour le passage à l'état T, - la figure 17 représente schématiquement la tension ligne d'adressage appliquée à la grille d'un transistor dans le cadre de la première option conforme à la présente invention, - la figure 18 représente un exemple de tension ligne d'adressage appliquée à la grille d'un transistor dans le cas de la seconde option conforme à la présente invention, - la figure 19 représente schématiquement un exemple d'adressage d'un Binem actif selon la première option comprenant trois applications successives de tension de commande, pour un signal pixel simulé pour le passage dans une texture T, la figure 19b représentant une vue agrandie partielle des fronts montant et descendant du signal de la figure 19a, - la figure 20 représente une illustration similaire à la figure 19 pour un signal pixel simulé pour le passage en texture U, - la figure 21 représente l'adressage d'un Binem actif selon la deuxième option conforme à la présente invention comprenant deux applications successives de tension de commande, pour un signal pixel simulé pour le passage en texture T, là encore la figure 21b représentant une vue partielle à échelle agrandie des fronts montant et descendant du signal de la figure 21a, - la figure 22 représente une vue similaire à la figure 21a pour un signal pixel simulé pour le passage en texture U, - la figure 23 représente schématiquement une variante de réalisation conforme à la présente invention comprenant des moyens interrupteurs sous forme d'une diode pour chaque pixel, - la figure 24 représente schématiquement une autre variante de réalisation conforme à la présente invention comprenant des moyens interrupteurs sous forme de deux diodes tête bêche pour chaque pixel, - la figure 25 représente la réponse d'une diode utilisée dans la variante de la figure 23, et - la figure 26 représente la réponse de deux diodes montées tête bêche

utilisées dans le cadre de la variante de la figure 24.

La structure générale de l'écran conforme à la présente invention est identique à la structure d'un écran TFT classique telle qu'illustré sur

la figure 11.

Les différences essentielles par rapport à un tel écran TFT classique sont les suivantes: - l'une des couches d'orientation standard est remplacée par une couche d'orientation à ancrage zénithal faible 34 spécifique au BiNem, - la cellule est réalisée avec une épaisseur plus faible que pour les technologies standards, - la cellule est remplie avec un cristal liquide adapté au BiNem, de manière à obtenir les deux texture U et T telles qu'illustrées sur la

figure 1, et ainsi un fonctionnement de la cellule en mode BiNem.

Ainsi typiquement, dans le cadre de la présente invention, pour chaque pixel défini entre deux électrodes 22, 32 disposées en regard et placées respectivement sur l'une des deux lames ou substrats 20, 30, l'une des électrodes est reliée au drain 41 d'un transistor respectif 40, formant interrupteur, la source 42 de celui-ci est reliée à une liaison ou piste de commande d'état, par exemple une colonne 45, pour recevoir un signal de commande d'état, la grille 41 du transistor est reliée à une liaison ou piste de pilotage ou d'adressage, par exemple une ligne 46, pour recevoir un signal de pilotage ou d'adressage, et la contre30 électrode est reliée à un potentiel commun, par exemple la masse,

commun à tous les pixels.

Pour un écran de n.m pixels regroupés sous forme de n groupes de m éléments, par exemple n lignes de m colonnes, il est ainsi prévu n.m interrupteurs commandés 40, un réseau de n pistes conductrices formant lignes d'adressage de ceux-ci et un réseau de m pistes

conductrices formant colonnes de commande des transistors.

Lorsqu'aucun signal n'est appliqué sur la grille 41 d'un transistor 40, celui-ci est bloqué, c'est-à-dire non passant. En revanche, lorsqu'un signal adéquat est appliqué sur la grille 41 de ce transistor 40, celuici est rendu passant. La tension appliquée sur la source 42 de celui-ci se retrouve alors sur le drain 43 du

transistor et par conséquent sur l'électrode associée 47 de celui-ci.

Le pixel constitué par le cristal liquide placé entre deux électrodes constitue un condensateur apte à conserver cette tension à ses bornes lors du passage à l'état bloquant du transistor, c'est-à-dire

lors de la coupure du signal d'adressage appliqué sur sa grille.

L'évolution ultérieure de cette tension, avant application d'un nouveau signal d'adressage et d'un nouveau signal de commande,

dépend de l'impédance définie entre les deux électrodes du pixel.

Par la suite on appellera les transistors interrupteurs précités associés respectivement à chaque pixel: "TFT" (pour Thin Film

Transistor en anglais).

Cependant la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée à une quelconque technologie de réalisation des interrupteurs commandés. Elle englobe toute technologie susceptible de réaliser une telle fonction. Par exemple un système à une ou plusieurs

diodes peut être envisagé.

Les TFT 40 permettent d'isoler tous les pixels de l'écran sauf ceux associés à la ligne adressée 46 qui sont reliés chacun, par leur

piste colonne 45, à un driver colonne.

Un adressage standard classique de TFT nécessite d'adresser et de commander tous les pixels à chaque trame, tandis que la bistabilité du BiNem permet la commande sélective des seuls pixels dont l'état est modifié entre chaque trame. Un adressage très individualisé tenant compte de la bistabilité est ainsi possible. Nous appellerons ce mode

" adressage sélectif ".

Plus précisément, dans le cadre de la présente invention, à chaque adressage d'une ligne, les pixels qui doivent changer d'état doivent recevoir un signal de commutation sur la source de leur transistor associé, pour assurer successivement une cassure d'ancrage puis une sélection, les autres pouvant rester reliés à la masse, c'est à dire recevoir une tension nulle par l'intermédiaire de leur transistor placé à l'état passant (en effet une telle tension nulle ne peut casser l'ancrage et ne peut par conséquent modifier l'état du pixel). La consommation peut ainsi être nettement réduite, presque annulée pour les images variant lentement. Le contraste et la luminosité de l'écran seront optimum dans ce cas, le passage d'un pixel par les états intermédiaires de commutation n'apparaissant pas à chaque trame, mais uniquement quand ce pixel doit changer d'état. Le clignotement de l'image est ainsi

complètement supprimé.

L'adressage du BiNem actif s'effectue selon l'invention en plusieurs fois, sous forme d'au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé. La présente invention se distingue ainsi fondamentalement de l'adressage d'un TFT standard qui s'effectue en une fois car les cristaux liquides standards s'orientent simplement en

fonction de la valeur du champs appliqué.

La fonction essentielle des signaux d'adressage et de commande conformes à la présente invention est de produire un signal correct, à deux plateaux par exemple, aux bornes du pixel, en appliquant tout d'abord, pendant une première phase, une tension de commande Pl (pendant un temps d'adressage ligne Tg) via la source du transistor, pour obtenir la cassure, puis en appliquant après un temps Tc appelé temps de cassure, pendant une deuxième phase, une tension de commande P2U ou P2T (pendant un temps d'adressage ligne T'g qui peut être différent de Tg) toujours via la source du transistor, permettant d'obtenir la texture U ou T. L'application d'une troisième tension proche ou égale à zéro, pendant une troisième phase ultérieure,

peut également être nécessaire.

Nous allons décrire tout d'abord les deux options d'adressage (respectivement à trois phases et à deux phases) pour une commutation entre U et T, puis nous élargirons le concept d'adressage à la réalisation

d'un BiNem avec niveaux de gris.

Commutation entre U et T Option l: adressage en 3 phases

Cette option est illustrée dans le chronogramme figure 13.

Sur la figure 13 le temps de trame est référencé TRA, c'est à dire que les signaux d'adressage illustrés sur la figure 13a et les signaux de commande d'état illustrés sur la figure 13b reviennent avec une période de récurrence TRA (cas d'un adressage non sélectif ou cas de l'adressage sélectif lorsque le pixel change d'état) ou multiple de TRA (cas d'un adressage sélectif lorsque le pixel ne change pas d'état à

chaque trame).

Comme illustré sur la figure 13a, la tension d'adressage est appliquée trois fois successivement à la grille 41 d'un transistor 40 pour commuter celui-ci à l'état passant: - Dans une première phase, le signal d'adressage a une durée Tg, - Dans une deuxième phase, le signal d'adressage dont le front montant est retardé de Tc par rapport au premier, a une durée Tg', - Dans une troisième phase, le signal d'adressage dont le front montant

est retardé de Ts par rapport au deuxième, a une durée Tg".

Les temps Tg, Tg' et Tg" peuvent être identiques entre eux ou différents. Le temps Tc est déterminé suffisant pour garantir la cassure de l'ancrage faible 34 sur le substrat 30 avant application du signal de

sélection de durée Tg'.

Comme illustré sur la figure 13b, trois tensions de commande sont appliquées successivement au pixel par l'intermédiaire du transistor associé 40, en synchronisme avec les tensions d'adressage précitées de durée Tg, Tg' et Tg" ( les fronts montants de ces trois tensions sont séparés également d'un temps Tc puis Ts): - Première phase (durée Tg): une tension de commande Pl est appliquée sur la source du transistor pour obtenir la cassure - Deuxième phase (durée Tg', après un temps Tc): une tension de commande P2T ou P2U est appliquée sur la source du transistor selon la texture à obtenir. Pour la commutation en T, les deux zones schématisées sur la

figure 4 (élevée et faible) peuvent être utilisée pour P2T.

Si c'est la valeur faible de P2T qui est choisie, celle-ci peut être choisie nulle ou très faible, car il n'y a pas ici de contrainte liée au multiplexage demandant d'effectuer la sélection entre T et U avec le signe d'un signal colonne unique C. Le saut en tension étant plus grand (Pi en comparaison de Pl-P2T), le passage en T est facilité. Un tel

signal est du type créneau illustré figure 2.

Pour la commutation en U, les tensions P2U de la figure 4

conviennent. - Troisième phase (durée Tg", après un temps Ts): remise à zéro avec

une tension POT ou POU nulle ou très faible.

Comme indiqué précédemment lors de la deuxième phase Tg', pour la texture T, les deux zones illustrées sur la figure 4 (élevée et faible) peuvent être utilisées pour P2T. Dans le cas P2T faible, la commutation en T s'initie lors du deuxième adressage Tg'. Dans le cas P2T élevé, la commutation en T s'initie lors du troisième adressage Tg",

au moment de la chute de tension entre P2T et POT.

Pour la texture U, une mise à zéro après l'application de P2U permet aux molécules de cristal liquide d'atteindre un état de repos avant une nouvelle séquence d'adressage. Donc au bout d'un temps Ts appelé temps de sélection, une tension POU nulle ou proche de zéro est appliquée pendant un temps Tg" (nouvelle ouverture de la ligne) aux

* bornes du pixel. POU n'est pas nécessairement égal à POT.

Le signal de commande résultant obtenu sur le drain du transistor et par conséquent sur le pixel, pour une tension P2T faible pendant la phase Tg' est illustré sur la figure 13c. Pendant Tg la capacité du pixel est chargée à la tension Pi. Cette capacité se décharge éventuellement à travers les résistances de fuite parallèles, après Tg. La tension aux bornes du pixel est réactualisée à P2T pendant Tg'. La capacité se décharge éventuellement après Tg'. Enfin la tension aux bornes du pixel est mise à zéro pendant Tg". Ce signal conduit à l'état T. De même le signal de commande résultant obtenu sur le drain du transistor et par conséquent sur le pixel, pour une tension P2U pendant la phase Tg' est illustré sur la figure 13d. Pendant Tg la capacité du pixel est chargée à la tension Pi. Cette capacité se décharge éventuellement à travers les résistances de fuite parallèles, après Tg. La tension aux bornes du pixel est réactualisée à P2U pendant Tg'. La capacité se décharge éventuellement après Tg'. Enfin la tension aux bornes du pixel est mise à zéro pendant Tg". Ce signal conduit à l'état U. De manière générale, on peut étendre le principe précédemment décrit conforme à la présente invention à x applications successives chacune de durée Tgx, séparées par des intervalles de temps contrôlés Tc puis différents Tsx, de signaux de commande différents. L'avantage d'une multiplication des phases d'application de signal de commande, est de mieux approximer le signal optimum de passage en U qui est une rampe décroissante continue. Un adressage en 4 passages permet d'approximer la rampe avec 3 plateaux, etc.

L'inconvénient est un..DTD: temps ligne global qui augmente avec le nombre de passages.

Pour une même commande d'état, chaque ligne est donc adressée x fois avec une période de trame TRA (cas d'un adressage non sélectif ou cas de l'adressage sélectif lorsque le pixel change d'état) ou multiple de TRA (cas d'un adressage sélectif lorsque le pixel ne change pas d'état à

chaque trame).

Entre les phases d'adressage Tg' d'une ligne, d'autres lignes

peuvent être adressées.

On a ainsi illustré schématiquement sur la figure 13e un exemple de signal d'adressage décalé par rapport au signal d'adressage précédemment décrit et susceptible de commander une deuxième ligne

adjacente à celle évoquée ci-dessus.

Option 2:adressage en deux phases

Cette option est illustrée dans le chronogramme de la figure 15.

La encore sur la figure 15 le temps de trame est référencé TRA, c'est à dire que les signaux d'adressage illustrés sur la figure 15a et les signaux de commande d'état illustrés sur la figure 15b reviennent avec une période de récurrence TRA (cas d'un adressage non sélectif ou cas de l'adressage sélectif lorsque le pixel change d'état) ou multiple de TRA (cas d'un adressage sélectif lorsque le pixel ne change pas d'état à

chaque trame).

Comme illustré sur la figure 15a, la tensions d'adressage est appliquée deux fois successivement à la grille 41 d'un transistor 40 pour commuter celui-ci à l'état passant: - Dans une première phase, le signal d'adressage a une durée Tg, - Dans une deuxième phase, le signal d'adressage dont le front montant

est retardé de Tc par rapport au premier, a une durée Tg'.

Les temps Tg et Tg' peuvent être identiques entre eux ou différents. Le temps Tc est déterminé suffisant pour garantir la cassure de l'ancrage faible 34 sur le substrat 30 avant application du signal de

sélection Tg'.

Comme illustré sur la figure 15b deux tensions de commande sont appliquées successivement au pixel par l'intermédiaire du drain 43 du transistor associé 40, en synchronisme avec les tensions d'adressage précitées Tg et Tg' (séparées d'un temps Tc appelé temps de cassure): - Première phase (durée Tg): une tension de commande Pi est appliquée sur la source du transistor pour obtenir la cassure - Deuxième phase (durée Tg', après un temps Tc): une tension de commande P2T ou P2U est appliquée sur la source du transistor selon la

texture à obtenir.

Soit Plf la tension aux bornes du pixel au début du deuxième

passage Tg' (cf figure 16).

Pour la texture T, P2T doit être suffisamment faible (idéalement P2T 0) pour que le saut en tension entre Plf et P2T permette la commutation en T. De même la tension Plf doit rester suffisamment forte pour que le saut en tension entre Plf et P2T permette la commutation en T. Dans le cas P2T nulle, le saut en tension étant plus grand (Plf en comparaison de Plf-P2T) , le passage en T est facilité (le signal

appliqué sur le pixel est alors du type créneau illustré sur la figure 2).

Un deuxième avantage avec une tension P2T nulle est que les molécules

de cristal liquide sont au repos lors de la commutation suivante.

La valeur élevée de P2T (cf figure 4) ne peut être utilisée ici car il n'y aurait pas de remise à zéro de la tension P2T, qui resterait

appliquée pendant tout le temps trame TRA.

Pour la commutation en U, la tension P2U peut être proche de la tension Plf afin d'obtenir une descente en rampe continue. Une forme de signal en rampe décroissante telle que décrite figure 3 est ainsi obtenue grâce au courant de décharge obtenu dans les résistances de fuites présentes aux bornes du pixel. Cette forme de signal est bien adaptée à la commutation en U. Pour obtenir le temps de décharge optimum, c'est à dire suffisant pour passer en U, mais inférieur au temps trame TRA, il peut être nécessaire d'ajouter une résistance de décharge RF aux bornes du

pixel tel qu'illustré figure 14..

Passage en T: On a représenté sur la figure 15c le signal de commande résultant obtenu sur le pixel, pour une tension P2T faible pendant la phase de durée Tg'. Pendant Tg la capacité du pixel est chargée à la tension Pli.. La capacité du pixel se décharge éventuellement à travers les résistances de fuite parallèles, après Tg. La tension est ainsi égale à Pif avant le deuxième passage d'adressage de durée Tg', avec Plf <

Pli. La tension aux bornes du pixel est réactualisée à P2T pendant Tg'.

Plf doit être telle que Plf-P2T permette le passage en T. La capacité se décharge après Tg' pour obtenir une tension nulle avant la fin de la trame TRA. Ce signal conduit à l'état T. Passage en U: De même on a illustré sur la figure 15d le signal de commande résultant obtenu sur le drain du transistor et par conséquent sur le pixel, pour une tension P2U pendant la phase Tg'. Pendant Tg la capacité du pixel est chargée à la tension Pli. Cette capacité se décharge à travers les résistances de fuite parallèles, après Tg. La tension est ainsi égale à Pif avant le deuxième passage d'adressage de durée Tg', avec Plf < Pli. La tension aux bornes de la capacité du pixel est réactualisée à P2U pendant Tg'. La capacité se décharge après Tg' pour obtenir une tension nulle avant la fin de la trame TRA. Ce signal conduit à l'état U. Du fait de l'existence d'une résistance de décharge RF, la valeur

Plf-Pli est supérieure dans le cas de l'option 2 par rapport à l'option 1.

Pour une même commande d'état, chaque ligne est donc adressée deux fois (Tg et Tg') avec une période de trame TRA. Entre ces phases d'adressage, séparés d'un temps Tc, d'autres lignes peuvent être

adressées.

La encore on a ainsi illustré schématiquement sur la figure 15e un exemple de signal d'adressage décalé par rapport au signal d'adressage précédemment décrit et susceptible de commander une

deuxième ligne adjacente à celle évoquée ci-dessus.

Conditions d'obtention de la commutation avec le BiNem actif La figure 16 détaille l'évolution de la tension aux bornes d'un pixel, pour un passage en T, qui est la commutation la plus critique (puisqu'elle requiert une descente abrupte en un temps Tt inférieur à un

seuil de l'ordre de 30ps).

On distingue quatre étapes successives dans cette évolution.

1. Phase EC de durée Tg: Etablissement de la tension de cassure d'ancrage aux bornes du pixel La tension Pli que l'on doit atteindre à la fin du temps Tg, soit à la fin de la période passante du transistor, doit être supérieure à la tension de cassure d'ancrage Vc, typiquement de 15 à 18 V à température ambiante: Pli > Vc 15 à 18 V

Tg de l'ordre de 20 ps.

La tension à atteindre ne doit pas avoir de valeur précise, il faut seulement dépasser Vc pour pouvoir casser l'ancrage. De plus la valeur Pi de cassure d'ancrage peut être différente pour le passage en U ou en T. Par contre dans le cas d'un TFT standard avec TN ou autre, une valeur très précise doit être obtenue au temps Tg pour obtenir des niveaux de gris fiables. Pour la phase EC la contrainte sur la combinaison d'un TFT et du cristal liquide du BiNem actif conforme à la présente invention est donc plus faible que pour un TFT couplé aux

cristaux liquides standards.

Les paramètres électriques intervenant lors du chargement de Pi sont: La résitance Ron du transistor, la capacité du pixel Cpx = CCL + Cs, le temps de propagation sur la piste colonne et sa résistance déterminés à partir de Rpc et Cpc 2. Phase C de durée Tc-Tg: cassure de l'ancrage Pendant le temps Tc-Tg postérieur à Tg, le transistor est bloquant, la tension Pi doit être maintenue supérieure à Vc pour casser l'ancrage. Soit Pif la tension aux bornes du pixel à la fin du temps Tc Pif > Vc 15 à 18 V Typiquement, une diminution de quelques volts est acceptable pendant le temps Tc-Tg. La tension Pi ne doit pas être maintenue à un niveau précis, contrairement au cas d'un TFT standard générant des niveaux de gris. Pour la phase C la contrainte sur la combinaison d'un TFT et du cristal liquide du BiNem actif conforme à la présente invention

est donc plus faible que pour un TFT et un cristal liquide standard.

Typiquement, le temps Tc-Tg doit être supérieur ou égal à xi (cf figure 4) , temps pendant lequel une tension supérieure à Vc doit être

maintenue pour casser l'ancrage, typiquement Tl l 1 ms.

Avec Tg = 20 ps, et Tc-Tg = tl, 50 autres lignes peuvent être

adressées pendant la phase de cassure d'une ligne.

Les paramètres électriques intervenant lors du maintien de Pi sont: La capacité du pixel Cpx = CCL + Cs, et la résistance RCL de celui-ci et éventuellement Rf si rajout d'une résistance de fuite tel que décrit dans

l'option 2.

3. Phase ES de durée T'g: établissement du signal de sélection de la texture Comme pour le cas du multiplexage passif, c'est le passage à la texture T qui est le plus délicat, puisque une descente rapide, en un temps Tt, de Plf > Vc à P2T est nécessaire. Typiquement Tt est de l'ordre de 30 ps, soit de l'ordre de grandeur des temps d'ouverture de

grille. On a intérêt à prendre T'g < Tt 30 ps pour optimiser la cadence.

La condition de descente de Plf à une tension P2T en un temps de l'ordre de Tg est globalement équivalente à celle de la phase EC: la contrainte sur le TFT est similaire. Les paramètres électriques

intervenant lors de la phase ES sont les même que pour la phase EC.

4. La descente à zéro du signal de sélection s'effectue soit par un troisième passage avec remise à zéro (dans le cas de l'option 1) soit grâce à la fuite en tension aux bornes du pixel (dans le cas de l'option 2). Réalisation de niveaux de gris en BiNem actif Il est possible de réaliser des niveaux de gris en mode BiNem actif conforme à la présente invention en créant à l'intérieur d'un pixel des micro domaines de textures T et U dont on maîtrise la taille et la densité (cf document [6]) . La maîtrise est obtenue en contrôlant précisément la tension P2 du deuxième plateau (pendant la phase S de l'adressage). On se reportera utilement au document [6] pour la mise en

oeuvre d'un tel processus.

Celui-ci ne sera donc pas décrit dans le détail par la suite.

Néanmoins on rappelle ici qu'un contrôle de niveaux de gris peut être obtenu grâce à des moyens de contrôle aptes à réaliser après cassure de l'ancrage, des textures mixtes o les textures bistables coexistent en proportion contrôlée dans un même pixel, séparées par des lignes de disinclinaison 1800 en volume ou par des murs de réorientation 1800 sur une des surfaces et des moyens de stabilisation à long terme des textures mixtes par transformation des lignes de volume

en murs de surface et l'immobilisation de ces murs sur la surface.

Obtention d'une valeur moyenne nulle La commutation du BiNem actif peut être obtenue avec des

signaux de polarité positive ou négative.

De plus, comme lors du multiplexage passif, des problèmes de dégradation par électrolyse de certains matériaux cristal liquide, lorsqu'ils sont soumis à une tension continue, peuvent apparaître. Une solution pour remédier à cette difficulté peut consister à appliquer un signal de valeur moyenne nulle sur le cristal liquide. L'obtention d'un signal à valeur moyenne nulle peut s'obtenir en inversant le signe des

tensions appliquées aux colonnes d'une trame à l'autre.

EXEMPLES DE REALISATION SELON L'INVENTION

Deux simulations complètes de l'adressage d'un écran BiNem actif selon l'invention (options 1 et 2 précitées) ont été effectuées avec un logiciel commercial afin de valider les étapes critiques de l'adressage selon les deux options. Les paramètres communs à ces 2 simulations sont: Taille du pixel: Pixel carré WCL.= LCL = 210 pm Epaisseur de la cellule d= 1.5 pm Caractéristiques de l'écran Cadence 50 Hz soit un temps trame de 20 ms 480 lignes et 640 colonnes (résolution VGA) - temps ligne disponible ps Caractéristiques du cristal liquide CCL = g0. CL.WCL.LcCL/ d go permittivité du vide ECL- permittivité relative du cristal liquide Afin de tenir compte de l'anisotropie diélectrique du cristal liquide, nous avons considérer un SCL- = 5 pour la transition planaire homéotrope (chargement de la capacité, phase EC), et un ScLC = 25 pour le transition homéotrope-planaire (déchargement de la capacité, phase ES). Résistivité du cristal liquide = 1010 Q.cm Ce cristal liquide est de qualité moyenne au niveau de la résistivité (les CL utilisés dans les TFT standards possèdent une

résistivité plus élevée, de l'ordre de deux ordre de grandeur soit 1012).

Caractéristiques du TFT (correspondant à un TFT standard en a-Si de l'état de l'art actuel): Dans notre modèle, un TFT est caractérisé par les paramètres suivants: Cm capacité d'isolant par unité de surface = 30 nF /cm2 pO = mobilité = 0.4 cm2 / V.s W =largeur du TFT = 20 pm L = longueur du TFT = 4 pm Cs = Capacité de stockage = 2. CCL (déterminée avec SCL = 5, voir caractéristiques du cristal liquide)

Ces paramètres permettent de modéliser le mode passant (Ron).

Tension ligne (appliquée à la grille) La tension ligne est de 30 V, avec Tg=T'g=T"g=20ps Tc = Ts =1 ms La figure 17 présente la tension ligne d'adressage correspondant à l'option 1 et comprenant trois impulsions de durée respective Tg, Tg' et Tg". La figure 18 présente la tension ligne d'adressage correspondant à

l'option 2 et comprenant deux impulsions de durée respective Tg et Tg'.

Caractéristiques des pistes métalliques transportant le signal Rc(piste) = 0.1 Q; Largeur = Ip = 5 pm; La tension est calculée aux bornes du pixel de la dernière ligne afin de tenir compte de l'influence de l'ensemble des couplages parasites

lors de la propagation du signal selon la colonne.

Exemple de réalisation de l'invention selon l'option 1 Avec cette option, 3 passages Tg, Tg' et Tg" sont nécessaires, soit un temps global d'adressage ligne de 3x20 ps = 60 ps. A 50 Hz on peut donc adresser 333 lignes, avec les temps d'ouverture de grille de 20 ps. Pour augmenter le nombre de lignes, on peut réduire les Tg, c'est à dire augmenter les performances du TFT et du cristal liquide pour réaliser un chargement de Pi (phase EC) dans un temps Tg plus court et

un déchargement de Pi (phase ES) dans un temps T'g plus court.

Tensions colonne - On applique pendant le temps Tg= 20 ps, synchronisé sur la première impulsion d'adressage venant de la ligne, une tension de cassure Vcol= V, l'objectif étant le chargement de la tension de cassure pixel Pli

choisie à 20 V en 20 ps.

- Puis après un temps Tc de 1 ms, synchronisé sur la deuxième impulsion d'adressage venant de la ligne, on applique: pour le passage en T: une tension nulle de sélection pendant un temps T'g de 20 ps, l'objectif étant de passer de la tension Pif à une valeur P2T qui doit être inférieure à 5 V (pour P2U compris entre 7 et 9 V, comme exposé précédemment sur le multiplexage du BiNem), en un

temps inférieur à Tt (de l'ordre de 30 ps), ici égal à 20 ps.

pour le passage en U: une tension de sélection, de 8V par exemple, pendant un temps T'g de 20 ps, l'objectif étant de passer de la tension

Pif à une valeur P2U typiquement de 8V, en environ 20 ps.

- Puis après un temps Ts, synchronisé sur la troisième impulsion d'adressage venant de la ligne, on applique une tension nulle de remise

à zéro pendant T"g = 20 ps indépendamment de la texture.

Résultats des simulations La figure 19 montre le signal calculé aux bornes du pixel pour le passage en T. Le signal généré est du type créneau tel que décrit figure 2. On constate que le chargement du pixel s'effectue correctement, une tension légèrement supérieure à 20 V est atteinte en 20 ps. Le déchargement entre cette même tension (très peu de fuites pour ce TFT " standard ") et une valeur très proche de 0 V s'effectue également en ps. Ce signal est donc parfaitement compatible avec un passage en texture T. La figure 20 montre le signal calculé aux. ornes du pixel pour le passage en U. Grâce aux 3 adressages, un signal à deux plateaux du même type que celui utilisé pour le multiplexage est généré et permet le passage en U. Les signaux de commande pour les passages en T et U sont à 0 V après 2 ms. Le mécanisme de commutation lors de la trame suivante

n'est donc pas perturbé.

Un TFT avec plus de fuites est également utilisable pour cette option, à condition: - de maintenir Pl au dessus de Vc pendant toute la durée de la phase C (typiquement 1 ms) - de ne pas envoyer sur le pixel des signaux parasites dont la valeur RMS est plus importante que la tension de seuil ou tension de

Fredericks (de l'ordre de 0,5 V).

Exemple de réalisation de l'invention selon l'option 2 Avec cette option, 2 passages Tg et Tg' sont nécessaires, soit un temps global d'adressage ligne de 2x20 ps = 40 ps. On pourra adresser

les 480 lignes avec Tg=T'g=20 ps.

A titre d'exemple non limitatif une résistance de décharge RF de MO a été choisie et correspond à un temps de décharge de 10 ms

pour la capacité maximale du cristal liquide.

Tensions colonne - On applique pendant le temps Tg=20 ps synchronisé sur la première impulsion d'adressage venant de la ligne, une tension de cassure Vcol = V, l'objectif étant le chargement de la tension de cassure pixel Pli choisie à 23 V dans le temps Tg - Puis après un temps Tc de 1 ms, synchronisé sur la deuxième impulsion d'adressage venant de la ligne, on applique: pour le passage en T: une tension nulle de sélection pendant un temps T'g choisi égal à Tg, l'objectif étant la décharge de la tension Plf à une ? valeur P2T qui doit être inférieure à 5 V en un temps inférieur à Tt (de

l'ordre de 30 ps), ici égal à 20 ps.

pour le passage en U: une tension de sélection de 18V par exemple pendant un temps T'g = 20 ps, qui correspond à une valeur P2U telle que le temps de descente par la résistance de décharge soit inférieur au

temps trame de 20 ms.

De plus cette valeur permet de générer un signal en descente continue. Il n'y a pas de remise à zéro de l'impulsion, donc c'est la fuite au bornes du pixel qui doit permettre une remise à 0 sur la durée du temps trame TRA. Cette remise à zéro est nécessaire pour la trame suivante, car une tension de départ non nulle perturberait les couplages élastiques

et hydrodynamiques et donc la commutation.

Résultats des simultions La figure 21 montre le signal calculé aux bornes du pixel pour le passage en T. Le signal généré est du type créneau tel que décrit figure 2. On constate que le chargement du pixel s'effectue correctement. Une tension de 23 V est atteinte en 20 ps. La résistance de décharge génère une perte de tension de 3 V en 1 ms. La tension Plf est donc de 20 V (limite fixée pour que Pi > Vc 16 V). Le déchargement entre 20 V et une valeur très proche de 0 V s'effectue également en 20 ps. Ce signal est donc parfaitement compatible du passage en texture T. La figure 22 montre le signal calculé aux bornes du pixel pour le passage en U. Le signal généré est du type pente continue tel que décrit figure 3. On constate que le chargement du pixel s'effectue correctement. Une tension de 23 V est atteinte en 20 ps. La résistance de charge génère une perte de tension de 3V en 1 ms. La tension Plf est donc de 20 V (limite fixée pour que Pi > Vc z 16 V) (idem passage en T). La résistance de charge génère alors une décroissance continue de la tension aux bornes du pixel. La décroissance jusqu'à 3 V s'effectue en ms, et une valeur de 0, 45 V (proche de Fredericks) est atteinte à 20

ms, valeur choisie pour le temps trame.

Les signaux de commande pour les passages en T et U sont très proches de 0 V après respectivement 2 ms et 20 ms. Le mécanisme de commutation lors de la trame suivante n'est donc pas perturbé.

AVANTAGES DE L'INVENTION

Fonctionnement en image fixe: bistabilité et qualité optique du BiNem Lorsque l'écran n'est pas adressé et qu'il affiche une image fixe, les propriétés de l'image sont celles du BiNem. La bistabilité permet de maintenir cette image affichée sans aucun apport d'énergie, contrairement aux cristaux liquides standards qui nécessitent un rafraîchissement permanent à une fréquence d'au moins 50 Hz, entraînant une consommation accrue de l'écran. Le caractère planaire des textures U et T (pas de molécules inclinées par rapport au plan du substrat) permet d'obtenir une bonne qualité optique de l'image (contraste, luminance) sur un angle du vue important sans adjonction de films de compensation biréfringents, comme c'est le cas pour l'effet

TN ou MVA.

Apport de l'adressage sélectif: maintien Partiel de la qualité optique d'une image fixe pour une image animée Lorsque l'on adresse sélectivement seulement les pixels dont l'état est modifié entre deux trames, la partie de l'image qui n'est pas re-adressée est stable. Elle présente une qualité équivalente à celle d'une image fixe, et permet une impression visuelle globalement bonne à l'observateur. Les pixels qui commutent sont perturbés seulement pendant le temps nécessaire au passage en T ou en U, soit environ 5 ms. Le contraste et la luminosité de l'écran seront donc optimum. Le passage d'un pixel par des états intermédiaires de commutation n'apparaît pas à chaque trame, mais uniquement quand ce pixel change d'état. Apport de l'adressage sélectif: réduction de la consommation A chaque changement d'image, bien que tous les TFT d'une ligne adressée reçoivent simultanément un signal d'ouverture de grille, seuls recevront un signal de commande, par l'intermédiaire du drain du TFT associé, les pixels qui doivent changer d'état. Pour les autres pixels, c'est à dire ceux dont on ne souhaite pas modifier l'état, les sources et drains des TFT associés resteront au potentiel 0. La consommation sera ainsi nettement réduite, presque annulée pour les images variant lentement. Apport du TFT: isolement du pixel Le transistor couplé à chaque pixel joue le rôle d'un interrupteur, qui est fermé un court instant (une dizaine à quelques dizaines de ps) lors du chargement des données, et qui est ouvert pendant tout le reste du temps trame. Chaque pixel de cristal liquide se trouve ainsi isolé des autres pixels et des données colonnes qui transitent sur les pistes colonnes. Aucun effet de scintillement n'apparaît lors de l'adressage

d'une l'image, sans limite sur le nombre de pixels adressés.

Apport du TFT: augmentation de la cadence d'adressage Le temps d'adressage d'une ligne est pour le BiNem actif égal à environ 2 ou 3 fois, selon l'option retenue, le temps d'ouverture de la grille Tg, typiquement quelques dizaines de ps, à comparer avec le temps nécessaire en adressage multiplexé, qui est typiquement de l'ordre de 1 à 2 ms. Un facteur d'environ 50 au niveau de la cadence accessible est ainsi gagné avec le BiNem actif conforme à la présente invention par rapport au multiplexage passif. Comme pour les cristaux liquides standards adressés par TFT, l'adressage de 1000 lignes à une cadence vidéo est donc possible en BiNem actif conforme à la présente invention. Apport du TFT: meilleure propagation des signaux sur la ligne Dans un écran TFT, le signal est transporté par des pistes métalliques très fines entre les pixels de largueur lp. Sur ces lignes la propagation se fait selon l'équation de diffusion comme sur les pistes d'ITO mais la résistance carré de ces pistes est_0 i Q soit 100 fois plus faible. Le temps de diffusion est ainsi divisé par cent pour le même écran. Il n'intervient que pour des écrans dont les colonnes sont dix fois

plus longues.

La piste métallique colonne ne charge qu'un pixel à la fois, mais elle est moins large que le pixel. Ces effets se compensent partiellement. La conductivité du métal permet de négliger le temps de charge du à la résistance de la piste. Pour un écran carré de côté L = 85 mm dont les pixels sont carrés de côté L/n, le rapport entre le temps de diffusion Td et le temps de charge T, pour une piste de métal de largeur Ip est, pour 400 pixels carrés de 210 pm de côté:

Td / TC = (Rc(ITO) I RC(M,,,a))(nl2p L) - (15 / 0.1) * (400 * 400 * 5,um / 85mm) = 1400.

On voit ainsi qu'il n'y a aucune limitation concernant la déformation des flancs de descente du signal c< lonne par le RC de la

piste lors de la propagation le long de la colonne.

C'est la résistance du TFT dans l'état passant qui détermine la capacité de chargement et de déchargement de la tension (phases EC et

ES) en un temps suffisamment court.

Aspect technologique: spécifications du TFT Les simulations précédentes montrent que l'utilisation d'un TFT standard est compatible avec l'invention selon l'option 1 (application des signaux d'adressage et de commande au cours de trois phases successives espacées dans le temps Tg, Tg' et Tg") pour une commutation binaire entre U et T. La commutation du BiNem dépend de la forme du signal appliqué et particulièrement de la forme de son flanc de descente. La valeur de la résistance Ron dutransistor doit donc permettre un temps de charge ou de décharge inférieur à 30ps. Ceci peut être obtenu facilement avec une mobilité standard (cf simulations). Pour augmenter la résolution et la cadence d'un écran BiNem actif conforme à la présente invention, on peut utiliser un transistor qui permet un chargement et un déchargement de la tension pixel plus rapide, afin de diminuer les temps d'ouverture de la grille Tg, T'g, et T"g. Ceci est obtenu par exemple avec un TFT de meilleure mobilté go que celle choisie pour la simulation, ou avec un transistor plus court (longueur de canal plus faible) puisque Roff

n'est pas critique..

Concernant la résistance Roff du transistor, elle intervient car elle transmet à un pixel donné le signal colonne des autres pixels atténué par le filtre Roff, Cpx. Il faut remarquer que la contrainte sur le Roff est ici beaucoup plus faible que dans le cas des TFT des afficheurs classiques, puisqu'il suffit que le parasite soit inférieur à la tension de Fredericks (0.5 V) pour qu'il n'ait aucune action sue le pixel en dehors des temps de commutation. Pendant le temps de cassure Tc la contrainte n'existe pas puisqu'il suffit d'augmenter légèrement Pl pour que ce parasite ne risque pas de faire chuter la tension du pixel en dessous de Vc. On peut donc utiliser pour les 2 options (application des signaux d'adressage et de commande au cours de trois phases successives espacées dans le temps Tg, Tg' et Tg" ou application des signaux d'adressage et de commande au cours de deux phases successives espacées dans le temps Tg et Tg') un transistor " dégradé " pour lequel on tolère un Roff plus faible, c'est à dire plus de fuites. Dans

ce cas certaines contraintes sur les paramètres du TFT sont allégées.

Pour la même raison, la tolérance sur la résistivité du cristal liquide est plus grande que dans le cas d'un TFT associé à un effet cristal liquide standard. Une résistivité du cristal liquide moins élevée est

permise pour le BiNem actif conforme à la présente invention.

L'utilisation de l'option d'adressage 2 (adressage en 2 passages) préconise pour un fonctionnement optimisé le rajout d'une résistance de

décharge RF aux bornes du cristal liquide.

Classiquement une capacité de stockage Cs intégrée dans les TFT standards permet d'écranter les signaux perturbateurs qui induiraient une variation de la tension aux bornes du cristal liquide. La contrainte sur le maintien de la tension étant beaucoup moins forte pour le BiNem actif conforme à la présente invention, une diminution, voir une suppression de cette capacité de stockage Cs est envisageable dans

le design d'un TFT optimisé pour une application BiNem.

La fonction d'interrupteur réalisée par le transistor peut également être remplie par un système à une ou deux diodes tel qu'illustré figures 23 et 24. Les lignes 46 et les colonnes 45 sont chacune sur une face de la cellule (simplification de la technologie). Les colonnes 45 peuvent être réalisées par une piste d'ITO classique sur une première plaque. La seconde plaque comporte des plages d'ITO 47, placées en regard des colonnes 45 pour définir les pixels. Par ailleurs la seconde plaque porte des diodes 100 placées respectivement pour chaque pixel entre une ligne 46 et une plage associée 47. Le sens de chaque diode 100 dépend de la polarité des signaux appliqués entre lignes et colonnes. Les diodes sont positionnées pour fonctionner " en inverse ", c'est à dire laisser passer un courant de signal lorsqu'elles reçoivent une tension inverse supérieure à leur tension Zener Vz. La valeur absolue de cette tension Zener Vz est choisie supérieure à la

valeur absolue de Pl.

Pour une tension appliquée positive sur les colonnes 45 et négative sur les lignes 46, les diodes 100 ont leur anode côté ligne 46 et

leur cathode côté plages 47, donc côté colonne 45.

En regard de la figure 23: - Pour commander le pixel défini à l'intersection de la ligne 1 (46) et de la colonne 45, on applique une tension - Vz sur la ligne 1 et une tension Pl positive sur la colonne 45. Le pixel correspondant voit une tension Pi à ses bornes en raison de la chute de tension de valeur absolue Vz aux

bornes de la diode 100.

- Le pixel défini à l'intersection de la ligne 2 (46) et de la même colonne n'est pas commandé. En effet la ligne 2 étant à 0 volt, la diode 100 associée voit une tension Pi inférieure à sa tension Zener Vz et reste

non passante.

La caractéristique de la diode 100 est illustrée sur la figure 25.

Un système à deux diodes tête bêche 100, 102 comme illustré sur la figure 24 (caractéristique figure 26) permet un fonctionnement

similaire avec un signal de commutation bipolaire.

Doc [1]: brevet FR 2 740 894 Doc [2]: Alt PM, Pleshko P, 1974, IEEE Trans Electron Devices ED-21:

146-55

Doc [3]: brevet FR 0204940 Doc[4]: brevet FR 0201448 Doc[5]: C.Joubert, proceeding SID 2002, p. 30-33 Doc [6]: brevet FR 2 824 400

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage comprenant un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable et à cassure d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend - des composants (40) aptes à passer entre un état non passant et un état passant, disposés respectivement entre une électrode de commande (47) associée à chaque pixel et une liaison (45; 46) de commande d'état d'affichage, et - des moyens aptes à appliquer sur l'entrée de chaque composant précité (40), par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état (45; 46), des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la

seconde phase de signal d'entrée.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits composants (40) sont formés d'interrupteurs pilotés entre un état non passant et un état passant par un signal d'adressage, et sont disposés respectivement entre une électrode de commande (47) associée à chaque pixel et une liaison (45) de commande d'état d'affichage, et que le dispositif comprend en outre des moyens aptes à définir des signaux d'adressage comprenant au moins deux phases actives pilotant un interrupteur à l'état passant, séparées d'un intervalle de temps contrôlé, et aptes à appliquer sur l'entrée de chaque interrupteur piloté (40), par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état, en synchronisme avec les phases actives du signal d'adressage rendant celui-ci sélectivement passant, des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé

avant l'application de la seconde phase de signal d'entrée.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé

par le fait qu'il utilise deux textures, l'une uniforme ou faiblement tordue dans laquelle les molécules de cristal liquide sont au moins sensiblement parallèles entre elles, et l'autre qui diffère de la première par une torsion

de l'ordre de plus ou moins 1800.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par

le fait que les interrupteurs pilotés (40) associés aux pixels d'une ligne commune de l'écran matriciel sont reliés à une ligne commune d'adressage.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par

le fait que les interrupteurs pilotés (40) associés aux pixels d'une colonne commune de l'écran matriciel ont leurs entrées reliées à une

colonne commune de commande d'état d'affichage.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par

le fait qu'il comprend une couche d'orientation à ancrage zénithal faible

sur l'un des substrats.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par

le fait que pour chaque pixel défini entre deux électrodes (22, 32) disposées en regard et placées respectivement sur l'un des deux substrats (20, 30), l'une des électrodes est reliée au drain (41) d'un transistor respectif (40), formant interrupteur, la source (42) de celui-ci est reliée à une piste (45) de commande d'état, pour recevoir un signal de commande d'état, la grille (41) du transistor est reliée à une piste

d'adressage (46), pour recevoir un signal d'adressage, et la contreélectrode est reliée à un potentiel commun à tous les pixels.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par

le fait qu'il comprend n.m pixels regroupés sous forme de n groupes de m éléments, n.m interrupteurs commandés (40), un réseau de n pistes conductrices (46) formant lignes d'adressage de ceux-ci et un réseau de m pistes conductrices (45) formant colonnes de commande des pixels.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par

le fait que les moyens appliquant les signaux d'entrée génèrent pour chaque commande d'un pixel une séquence de signal en deux phases

séparées d'un intervalle de temps contrôlé.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la phase de signal de sélection ne comporte pas de remise à zéro de l'état du pixel, au moins pour une sélection de texture uniforme ou

faiblement tordue.

11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé

par le fait qu'il comporte une résistance de décharge aux bornes de

chaque pixel.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la résistance de décharge est formée par une résistance choisie

(RF) connectée en parallèle de chaque pixel.

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé

par le fait que les moyens appliquant les signaux d'entrée génèrent pour chaque commande d'un pixel une séquence de signal en trois

phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé.

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les trois phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé comprennent: dans une première phase (Tg) un signal de cassure d'ancrage, dans une deuxième phase (Tg') une tension de commande de sélection et dans une troisième phase (Tg") un signal de remise à

zéro.

15. Dispositif selon l'une des revendications 13 et 14,

caractérisé par le fait que le signal de sélection appliqué pendant la deuxième phase (Tg') est nul ou faible pour l'obtention d'une texture tordue.

16. Dispositif selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé

par le fait que les signaux d'entrée sont adaptés pour générer un signal de commande du type créneau sur chaque pixel pour l'obtention d'une

texture tordue.

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé

par le fait que les moyens appliquant les signaux d'entrée génèrent pour chaque commande d'un pixel une séquence de signal en x phases

séparées d'un intervalle de temps contrôlé.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que les x phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé comprennent: dans une première phase (Tg) un signal de cassure d'ancrage, dans les phases intermédiaires ultérieures (Tg') des tensions de commande de

sélection et dans une phase ultime (Tg") un signal de remise à zéro.

19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que les phases intermédiaires (Tg') sont adaptées pour contrôler l'évolution du front descendant du signal de commande de pixel, dans le cas de la

sélection d'une texture uniforme.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé

par le fait que les dits composants (40) sont formés de transistors.

21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé

par le fait que les dits composants (40) sont formés de transistors

ayant une résistance interne (Roff) dégradée à l'état non passant.

22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé

par le fait que lesdits composants (100) comprennent une diode.

23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé

par le fait que lesdits composants (100) comprennent deux diodes tête bêche.

24. Dispositif selon l'une des revendications 22 ou 23,

caractérisé par le fait que les diodes (100) sont orientées pour

fonctionner en inverse.

25. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 24, caractérisé

par le fait que les diodes (100) ont une tension Zener (Vz) supérieure à

la tension de cassure d'ancrage.

26. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé

par le fait que les dits composants (40) ne comportent pas de capacité

de stockage parallèle ou seulement une capacité de faible valeur.

27. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé

par le fait qu'il est prévu une résistance de décharge aux bornes de

chaque pixel de cristal liquide.

28. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé

par le fait qu'un signal de cassure d'ancrage n'est appliqué qu'aux

pixels dont l'état doit être modifié.

29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que le signal d'entrée est maintenu à zéro pour les pixels dont l'état ne

doit pas être modifié.

30. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 29, caractérisé

par le fait que les phases des signaux d'entrée appliquées aux lignes

respectives de pixels sont entrelacées entre elles.

31. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 30, caractérisé

par le fait que entre les phases d'adressage d'une ligne donnée, est

intercalé l'adressage de plusieurs autres lignes.

32. Dispositif selon l'une des revendications 30 et 31,

caractérisé par le fait que des phases de signaux de cassure sont appliquées successivement à des lignes de pixels différentes entre une phase de signal de cassure et une phase de signal de sélection d'un

même ligne de pixels.

33. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 32, caractérisé

par le fait que les moyens générateurs de signaux sont adaptés pour inverser le signe des signaux d'entrée d'une trame à l'autre pour

symétriser les signaux appliqués aux pixels.

34. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 33, caractérisé

par le fait que les moyens générateurs de signaux d'entrée sont adaptés pour contrôler l'amplitude des signaux de sélection pour

obtenir des niveaux de gris.

35. Dispositif selon la revendication 34, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de contrôle aptes à réaliser après cassure de l'ancrage, des textures mixtes o les textures bistables coexistent en proportion contrôlée dans un même pixel, séparées par des lignes de disinclinaison 1800 en volume ou par des murs de réorientation 1800 sur une des surfaces et des moyens de stabilisation à long terme des textures mixtes par transformation des lignes de volume en murs de

surface et l'immobilisation de ces murs sur la surface.

36. Procédé de commande électrique d'un écran matriciel à cristal liquide nématique bistable et à cassure d'ancrage, caractérisé en ce qu'il comprend: - la fourniture de composants aptes à passer entre un état non passant et un état passant, disposés respectivement entre une électrode de commande associée à chaque pixel et une liaison de commande d'état d'affichage et qu'il comprend les étapes consistant, pour la commande électrique à - appliquer sur l'entrée de chaque composant précité, par l'intermédiaire de la liaison de commande d'état, des signaux d'entrée comprenant au moins deux phases séparées d'un intervalle de temps contrôlé: une première phase pendant laquelle le signal d'entrée a une amplitude suffisante pour autoriser la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur le pixel associé, puis une seconde phase pendant laquelle l'amplitude du signal d'entrée est contrôlée pour sélectionner l'un des deux états bistables du cristal liquide, l'intervalle de temps entre les deux phases étant adapté pour assurer la cassure de l'ancrage du cristal liquide sur ledit pixel associé avant l'application de la seconde phase de signal d'entrée.