FR2863061A1

FR2863061A1 - Dispositif d'affichage a ecran de type nematique optimisant le blanc et procede de definition de ce dispositif

Info

Publication number: FR2863061A1
Application number: FR0313991A
Authority: FR
Inventors: Cecile Joubert; Daniel Stoenescu; Alexandre Carton; Patrice Davi
Original assignee: Nemoptic SA
Current assignee: France Brevets SAS
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-03
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2007512561A; TW200527039A; FR2863061B1; EP1690130A1; CN100541303C; CN1997934A; US20070103619A1; KR20060115906A; US7532275B2; TWI406028B; WO2005054940A1; KR101265335B1; JP5230859B2

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, caractérisé par le fait qu'il possède deux polariseurs (10, 40), l'un (10) placé côté observateur, l'autre (40) sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, l'orientation des deux polariseurs (10, 40) étant décalée d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30° près.

Description

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DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à cristal liquide et plus précisément la configuration optique d'un afficheur nématique bistable fonctionnant selon un mode optique qui optimise l'état blanc de cet afficheur.

La présente invention s'applique en particulier aux afficheurs de type réflectif. Cependant, elle n'est pas limitée strictement à cette application. L'invention concerne en effet également les afficheurs de type transflectif.

BUT DE L'INVENTION Un but général de la présente invention est de perfectionner l'état blanc d'un dispositif d'affichage bistable, soit plus précisément d'obtenir une réflectance de l'état blanc de très bonne qualité en termes de luminance et de colorimétrie sur tout l'angle de vue.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Afficheur à cristal liquide bistable commutant entre deux textures différant par une torsion de 180 Le type d'afficheur à cristal liquide bistable considéré dans cette invention est un afficheur qui commute entre deux textures, stables sans champ électrique appliqué (d'où sa bistabilité), différent entre elles d'un angle de n. Pour l'une des textures, l'angle 4u entre les directeurs des molécules de cristal liquide sur les deux surfaces de la cellule est de l'ordre de 0 à 30 . Les molécules restent presque parallèles entre elles, et nous appellerons cette texture U. La seconde texture T présente un angle de torsion 4r=cbu ,c. Les molécules effectuent, dans la texture T, une rotation d'environ 180 ( 30 ) entre les deux surfaces de la cellule. A ce jour deux afficheurs utilisant ce principe ont été décrits.

Le document [1] décrit un afficheur qui réalise une commutation entre les deux textures U et T en appliquant une impulsion de champ électrique de forme précise. Cet afficheur est basé sur une cassure de l'ancrage de la molécule de cristal liquide sur une des surfaces d'alignement dit zénithal (documents [2] et [3]), c'est à dire que la 2863061 2 molécule est levée par le champ électrique avant de retomber d'un côté ou de l'autre, permettant ainsi l'obtention des deux textures U et T. Dans ce cas, la structure des électrodes nécessaires à l'application du champ est standard, identique à celle utilisée pour les afficheurs cristaux liquides de type TN ou STN. Cette afficheur est dénommé généralement BiNem .

Le document [4] décrit un afficheur qui utilise également une cassure d'ancrage et un type particulier d'électrodes (dénommé "comb shaped electrodes"), permettant d'obtenir une composante du champ électrique latérale, c'est à dire parallèle au substrat. La commutation entre les deux textures est effectuée dans ce cas par un effet qualifié par l'auteur de cassure de l'ancrage azimutal (document [5]).

La méthode de commutation n'est pas essentielle pour la présente invention. En effet quelque soit le mode de commutation (cassure d'ancrage zénithal ou azimutal), les textures des molécules de cristal liquide sont les mêmes, la commutation s'opérant entre deux textures tordues, l'une faiblement tordue d'angle 1u, nommée U, et l'autre fortement tordue d'angle 4r = (1)u 7 nommée T. Et le comportement optique de l'afficheur dépend uniquement des textures des molécules de cristal liquide.

Modes optiques de tels afficheurs Le mode optique nécessitant une optimisation du blanc est principalement le mode réflectif, qui utilise la lumière ambiante comme source d'éclairage. Dans ce cas, ce qui est recherché est l'obtention d'un écran qui ressemble le plus à de l'encre noire sur du papier blanc. Il existe deux types de mode réflectif: - un mode qui utilise deux polariseurs et un miroir. Ce miroir est généralement diffusant. L'un des polariseurs est placé du côté de l'observateur. Il est transmissif. Le second polariseur et le miroir sont au contraire placés sur l'arrière de l'afficheur, à l'opposé de l'observateur. Le polariseur arrière et le miroir peuvent être confondus. Habituellement le miroir (et le polariseur arrière) sont à l'extérieur de la cellule, ce qui crée une image supplémentaire décalée de deux fois la distance entre le 2863061 3 miroir et la cellule. Pour supprimer cette image, il faudrait intégrer à l'intérieur de la cellule le polariseur arrière et le miroir. Cependant l'intégration du polariseur n'est pas possible à l'échelle industrielle à ce jour. Ce mode utilise un retard de cellule du même ordre de grandeur qu'un afficheur fonctionnant selon un mode transmissif, compris entre U3 et X/2.

- un mode utilisant un seul polariseur (transmissif) côté observateur et un miroir placé sur l'arrière de la cellule. L'avantage de ce mode est que l'on peut intégrer le miroir à l'intérieur de la cellule. Dans ce cas les deux images coincident, il n'y a plus d'image parasite.

Le mode réflectif étudié en détail dans.la littérature est le mode fonctionnant avec un polariseur et un miroir. Par exemple les documents [4], [6] et [7] calculent des modes optimaux pour un polariseur d'entrée linéaire. Le document [8] étudie ce mode réflectif en utilisant un polariseur d'entrée de type circulaire.

Ce mode, lorsque le miroir est intégré dans la cellule, implique une complication du processus de fabrication car il faut intégrer dans la cellule une fonction réflectrice et diffusante. De plus, la valeur de retard And donnant les meilleurs résultats optiques est de l'ordre de 2^. /4, représentant une longueur d'onde du spectre visible, qui est environ deux fois plus faible que la valeur de retard adaptée dans le cas d'un mode à deux polariseurs. Une diminution d'un facteur deux du retard peut en théorie être obtenue en diminuant soit la valeur du An du cristal liquide soit l'épaisseur de la cellule. L'épaisseur préconisée pour un afficheur bistable tel que décrit précédemment est cependant déjà faible, de l'ordre de 2 microns, par rapport à celle d'un afficheur cristal liquide standard de type TN ou STN (autour de 4 à 5 microns) et une division par deux de cette valeur entraînerait de sérieuses complications du processus de fabrication de la cellule. Une diminution de l'anisotropie optique du mélange cristal liquide tout en gardant l'anisotropie électrique nécessaire à la cassure de l'ancrage zénithal est également difficile à réaliser.

2863061 4 Pour ces raisons, la présente invention a pour objectif l'optimisation d'un mode réflectif à deux polariseurs, permettant d'utiliser des composants du commerce et n'entraînant aucune modification substantielle du processus de fabrication et du retard optique And, par rapport à une cellule fonctionnant en mode transmissif.

De plus, de récentes technologies de polariseurs (document [9]) permettent de réaliser des polariseurs à l'intérieur de la cellule (de type transmissifs ou réflectifs), ce qui permettrait de supprimer l'effet de parallaxe de ce mode, au prix bien entendu d'une modification de la technologie de fabrication de la cellule.

Le document [10] décrit les grandes. lignes d'un mode réflectif à deux polariseurs sans préciser la configuration exacte et le mode de calcul d'une telle configuration.

BASE DE L'INVENTION Le but précité est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, caractérisé par le fait qu'il possède deux polariseurs, l'un placé côté observateur, l'autre sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transfiectif, l'orientation des deux polariseurs étant décalée d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30 près.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, étant comprise dans la gamme comprenant la plage + ou - (10 à 80 ) tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la gamme comprenant la plage de + ou - (10 à 80 ) pour un retard optique And de l'ordre de 250 70mm.

pour un retard optique And = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de 2863061 5 la cellule, est comprise dans la plage [75 ; -30 ] U [10 ; 65 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 -10 ] U [300;800], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -100] U [30 ; 75 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80 ; -30 ] U [10 ;60 ], pour. un retard optique And =. 280 +/nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 15 et 30 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -30 ] U [25 ; 65 ] préférentiellement [-50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40 ; - 10 ] U [50 ;80 ] préférentiellement [-25 ; -10 ] U [64 ; 80 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -15 et -30 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -25 ] U [30 ; 65 ] préférentiellement [- 50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80 ; -50 ] U [10 ;40 ] préférentiellement [- 80 ; -64 ] U [10 ; 25 ], pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 10 et 20 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 ; -30 ] U [25 ; 65 ] 2863061 6 préférentiellement [-50 ;-40 ] U [400; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40 ; - 20 ] U [500;700] préférentiellement [-35 ; -25 ] U [55 ; 65 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre - 10 et -20 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -25 ] U [30 ; 60 ] préférentiellement [-50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -50 ] U [20 ;40 ] préférentiellement [- 65 ; -55 ] U [25 ; 35 ], pour un retard optique And = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75 ; -35 ] U [15 ; 55 ] préférentiellement [-60 ;-50 ] U [30 ; 40 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50 ; - 20 ] U [40 ;70 ] préférentiellement [-40 ; -30 ] U [50 ; 60 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; - 15 ] U [35 ; 75 ] préférentiellement [- 40 ;-30 ] U [50 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -40 ] U [20 ;50 ] préférentiellement [-60 ; -50 ] U [30 ; 40 ], pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -400] U [20 ; 60 ] préférentiellement [- 55 ;-45 ] U [35 ; 45 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 ; - 20 ] U [30 ;70 ] préférentiellement [-45 ; -35 ] U [45 ; 55 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 .; - 20 ] U [40 ; 65 ] préférentiellement [-45 ;-35 ] U [45 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -30 ] U [20 ;60 ] préférentiellement [-55 ; -45 ] U [35 ; 45 ], pour un retard optique end = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-80 ; -50 ] U [10 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [- 50 ; -25 ] U [45 ;65 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 ; -10 ] U [50 ; 80 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [- 65 ; -45 ] U [25 ;50 ], pour un retard optique And = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles 2863061 8 entre 5 et 30 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -45 ] U [25 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40 ; -10 ] U [500;80 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5 et 30 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; -25 ] U [45 ; 65 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [- 80 ; -50 ] U [10 ;40 ], 15. pour un retard optique And = 220 +/30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5 et 15 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -40 ] U [25 ; 50 ] préférentiellement [-60 ; -45 ] U [30 ; 45 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50 ; -20 ] U [40 ;65 ] préférentiellement [- 40 ; -30 ] U [48 ; 60 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5 et -15 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-50 ; -25 ] U [40 ; 65 ] préférentiellement [- 45 ;-30 ] U [45 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65 ; -40 ] U [200;500] préférentiellement [-60 ; -48 ] U [30 ; 40 ], pour un retard optique and = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-70 ; -40 ] U [20 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 ; -25 ] U [30 ;65 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; -20 ] U [40 ; 70 ], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65 ; -30 ] U [25 ;60 ] . La présente invention propose également un procédé d'optimisation de l'orientation de deux polariseurs dans un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, l'un des polariseurs étant placé côté observateur tandis que l'autre polariseur est placé sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - calculer le pouvoir rotatoire PR à l'aide d'une formule exploitant le retard optique And, la torsion et la longueur d'onde 2, - fixer l'orientation A du polariseur de sortie égale à P+PR, P représentant l'orientation du polariseur côté opposé à l'observateur et PR le pouvoir rotatoire, - rechercher les valeurs de P qui donnent la plus faible valeur de transmission résultante pour la torsion 4 augmentée de t et - en déduire A. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une cellule à cristaux liquides conforme à la présente invention et définit les angles utilisés dans la suite de l'exposé, - la figure 2 représente schématiquement les angles y et w caractéristiques d'une polarisation elliptique, - la figure 3 représente la transmission optique de la configuration (And. = 275mm, (i)opt = -156 ) décrite dans le tableau 1 en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour l'état blanc sur la figure 3a et pour l'état noir sur la figure 3b, - la figure 4 représente schématiquement les directions de brossage côté analyseur et polariseur et les orientations des molécules de cristal liquide sur les couches d'alignement pour le cas d'un ancrage azimuthal infiniment fort, la figure 5 représente la transmission optique de la configuration (And = 230mm, 4 imposé à 4u = 0 et 4T = -180 ) décrite dans le tableau 2 en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour l'état blanc sur la figure 5a et pour l'état noir sur la figure 5b, et - la figure 6 représente schématiquement une vue similaire à la figure 4 pour le cas d'un ancrage azimuthal fini sur la plaque de la cellule située du côté de l'analyseur.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Les inventeurs proposent une démarche qui permet d'obtenir un mode optique à deux polariseurs préférentiellement réflectif, pour une cellule [4u;4)r], optimisé pour obtenir une très bonne qualité optique globale de l'état blanc et en tenant compte de certaines contraintes industrielles.

Les inventeurs proposent également d'appliquer cette démarche à une cellule réelle, c'est à dire en tenant compte d'un ancrage azimuthal dit fini (c'est à dire non infiniment fort) par exemple sur une des couches d'alignement. Dans ce cas, les deux textures diffèrent d'un 2863061 11 angle différend de 7r. Bien entendu la présente invention s'applique également an cas d'un afficheur dans lequel l'ancrage azimuthal est fini sur les deux couches d'alignement, c'est-à-dire sur les deux faces de l'afficheur.

Lorsque l'on cherche à optimiser un mode réflectif, l'idéal est de se rapprocher de la qualité de l'encre noire sur du papier blanc. Le paramètre prépondérant est donc la qualité du blanc, caractérisée par sa luminance et sa couleur sur l'ensemble du demi plan de vision de l'écran.

On va donc choisir pour le blanc la texture de meilleure qualité optique globale. La texture T possède une dispersion en longueur d'onde plus faible et une stabilité optique dans l'angle de vue plus grande que la texture U, et sera donc choisie pour le blanc.

Pour obtenir un noir correct avec la texture U, il est nécessaire d'avoir 15 un retard And de la cellule pas trop éloigné de 1/2, 1 représentant une longueur d'onde du spectre visible.

DEMARCHE DE CALCUL POUR OPTIMISER LE MODE REFLECTIF D'UNE CELLULE [cl) ;4 n] La démarche proposée par les inventeurs consiste à calculer le mode optique optimum donnant le meilleur blanc pour plusieurs valeurs de retard And. La valeur de retard finalement choisie dépendra du compromis qualité du blanc-contraste souhaité.

Les orientations des polariseurs qui maximisent le blanc et minimisent le noir en aller retour sont les mêmes que celles qui maximisent le blanc et minimisent le noir en alter simple . Par contre si Tas est la transmission optique de la cellule en aller simple , TR= Tas2 est la transmission en aller retour qui permet de calculer les performances de l'afficheur réflectif (Luminance, contraste, couleur). Le noir, donc le contraste, est très nettement amélioré lors d'un aller retour au travers de la cellule par rapport à un aller simple.

2863061 12 Caractéristiques optiques d'une cellule cristal liquide On a représenté schématiquement sur la figure 1 annexée une cellule d'affichage à cristal liquide conforme à la présente invention comprenant: - un polariseur analyseur 10 côté observateur, - deux plaques 20, 30 confinant les molécules de cristal liquide nématique séparées d'une distance d, et un polariseur 40 associé à un réflecteur, disposé sur l'arrière de l'afficheur, soit à l'opposé de l'observateur.

Sur la figure 1 annexée, la flèche 50 représente schématiquement le trajet des rayons lumineux, le tronçon 52 représentant la partie aller (de transmission optique Taller) du trajet des rayons lumineux qui traverse l'analyseur 10 et la cellule matérialisée par les plaques 20, 30 avant de parvenir au polariseur 40, tandis que le tronçon 54 représente la partie retour (de transmission optique Tretour) du trajet des rayons réfléchis sur le polariseur 40.

Comme indiqué précédemment la transmission Tréflectif = Taller x Tretour = T2retour, car Taller = Tretour On a représenté sur la figure 1 un repère orthonormé x', y', z', dont les directions x', y' définissent un plan perpendiculaire à la direction de propagation des rayons lumineux et z' est parallèle à cette direction de propagation.

Le directeur nématique des molécules sur la plaque 20, (c'est-à-dire la direction d'ancrage sur cette plaque 20) est référencé 22. Le directeur 25 nématique sur la plaque 30 est référencé 32.

Les ancrages sur les plaques 20 et 30 sont adaptés pour permettre une commutation des molécules de cristal liquide nématique entre deux états respectivement stables U et T, qui diffèrent entre eux d'une torsion de l'ordre de 7c, par application de signaux électriques appliqués sur des électrodes prévues sur les plaques 20 et 30 selon les modalités connues décrites dans les documents précités.

Une telle cellule de cristal liquide est caractérisée par: - son retard And, produit de la différence des indices An du cristal liquide par l'épaisseur d de la cellule - sa torsion 4) - les angles P et A que font respectivement le polariseur arrière 40 et le 5 polariseur/analyseur avant 10 avec un repère fixe (qui selon la figure 1 coïncide arbitrairement avec l'axe x').

Dans le cas d'une cellule réflective, la lumière qui éclaire l'écran est la lumière ambiante située du côté de l'observateur. Le polariseur 40 de la figure 1 est donc de type réflectif et le polariseur de sortie 10 (côté observateur) est de type transmissif.

On appelle a et [3 les angles que font respectivement le. polariseur 40 et l'analyseur 10 avec le directeur du cristal liquide situé du même côté. Soit (1)P et 4)A les angles que font les directeurs 22, 32 sur les deux plaques 20 et 30 par rapport à l'axe x' du repère x' y' z', alors: P=a+4) P et A=+4A La valeur de la torsion de la cellule de cristal liquide est obtenue en effectuant la différence entre le directeur 22 du cristal liquide sur une des faces 20 de la cellule et le directeur 32 sur l'autre face 30: 4) _ (I)A - 4)P Pour une simplification des notations, nous prendrons le directeur 32 du cristal liquide côté polariseur 40 selon x' soit 4)p =0 et 4)A = 4), d'où : P= a etA=(3+H.

Calcul de la transmission d'une cellule cristal liquide tordue La forme analytique de la transmission optique d'une cellule cristal liquide en fonction des paramètres And, 4), P (ou a) et A (ou [3), est donnée dans de nombreuses publications (document 7 ou 8 par exemple), pour une lumière polarisée.

On considère ici la transmission d'un retour simple, que nous appellerons Trs, dans la mesure où comme indiqué précédemment, les orientations des polariseurs qui maximisent le blanc sont les mêmes pour un trajet simple et pour un trajet aller-retour.

Le document [8] par exemple donne la formule suivante retenue par les inventeurs: Trs(ç, 2) = cos2(a + /3) cos' X cos 2a cos2/3 XtanX tan2a I tanX+tan2,3 X [1] a La formule [1] peut être également obtenue en fonction de A et P au 5 lieu de a et [3.

Caractéristiques de la polarisation après la traversée de la couche de cristal liquide Les inventeurs utilisent le formalisme de Poincaré, qui décrit les différents états de polarisation possibles ainsi que l'évolution de celle-ci lors de sa propagation dans la cellule par un tracé sur une sphère prénommée sphère de Pointcaré (documents [9] ou [10]) . Cet outil très puissant pour qui sait voir dans l'espace tridimentionnel

permet une meilleure compréhension de l'effet optique de la cellule de cristal liquide pour la texture fortement tordue (torsion de l'ordre de Tc).

Le principal résultat obtenu par les inventeurs grâce à cet outil est que la texture T (torsion de l'ordre de n) est, pour des retards de cellules And inférieurs ou égal à X/2 (X longueur d'onde du spectre visible), équivalente à un pouvoir rotatoire PR presque parfait. Ceci signifie que quelque soit l'angle de la polarisation d'entrée, la polarisation de sortie Pout est faiblement elliptique (presque linéaire) et le grand axe de cette ellipse fait un angle PR par rapport à la polarisation d'entrée.

La polarisation de sortie Pout, a priori quelconque donc elliptique, peut être caractérisée par 2 angles 1P et c.). est l'angle que fait le grand axe de l'ellipse avec x' et co caractérise l'éllipticité de la polarisation (voir figure 2).

On a (pour le trajet retour simple) 1P = P + PR Grâce à la sphère de Poincaré il est également possible d'obtenir la forme analytique de PR et de ca: PR = arctg tgX [3] X avec X(q5,2)=,952 + rIzAnd2 [2] sin 2a = 2 sin rI sin X(cos 2a cos rI sin X + sin 2a cos X) [4] avec cos?? = - X La formule [3] est valable en première approximation, lorsque X est proche de t, ce qui est toujours vrai dans les cas traités dans le cadre 5 de la présente invention.

L'annulation de l'ellipticité co équivaut à l'obtention en sortie de cellule d'une polarisation linéaire, c'est à dire une configuration ou l'on pourra obtenir avec l'analyseur 10 un noir ou un blanc parfait.

Le fait de pouvoir prédire grâce à la formule [3] la valeur du pouvoir rotatoire PR, permet de calculer l'angle 1i de la polarisation de sortie Pout. La configuration pour A (c'est-à-dire l'orientation de l'analyseur 10) donnant le meilleur blanc pour un P donné (P représentant l'orientation du polariseur 40) est A parallèle à sir.

soit A = P+PR [5] La condition qui annule l'ellipticité w est X=it. Soit: z (And Â J [6] Ainsi lorsque 1 est fixé, il existe une relation entre et And permettant d'obtenir une polarisation de sortie Pout linéaire. Nous appellerons 4 t la valeur de 4 calculée avec la formule [6] pour un retard donné. Calcul de la configuration optimale- Cas où le paramètre est libre La configuration optimale est calculée pour un retard de cellule And et 25 une longueur d'onde 1. donnée.

La formule [6] permet de calculer la valeur de 4 optimale 4 t pour le retard And choisi.

Optimisation du blanc A partir des valeurs fixées de And, (1)oPt et 1, on calcule avec la formule 30 [3] la valeur du pouvoir rotatoire PR.

Pour obtenir un blanc optimum il faut placer l'analyseur de sortie 10, ou, A, parallèle à Pout (formule [5]): soit A = P+PR Recherche du meilleur noir A (ou p) est remplacé par sa valeur en fonction de P (ou a) dans la formule de la transmission TRefelctif =Trs2 avec Trs telle que définie par la formule [1]), avec (1)u = (lyT+n. La seule variable restante est P (ou a). On recherche la valeur de P (ou a) qui donne la valeur la plus faible de Trs2. Une fois P déterminée, la valeur de A est obtenue à l'aide de la formule [5].

Exemples de calcul Cas où le paramètre 1) est libre Le tableau 1 décrit les configurations optiques réflectives optimales pour différentes valeurs du retard égales à 1/2 dans la plage du spectre visible (400nm pour le bleu à 620nm pour le rouge). Le paramètre cl) est choisi égal à (1)opt pour chaque valeur de retard. Pour estimer les performances de ces configurations et les comparer entre elles, figurent également dans le tableau 1 la valeur des luminances normalisées de l'état noir et de l'état blanc calculées sur l'ensemble du spectre visible, ainsi que le contraste CR rapport des deux luminances.

Les luminances normalisées sont calculées comme suit: L _ JTR (2)j (2)s(2) d2 v(,I)s(a,)da.

avec TR(1) transmission optique de la cellule cristal liquide en aller retour, y(?) sensibilité de l'oeil et s(l) spectre de la source d'illumination, que nous supposons constant et égal à 1 (spectre dit plat ).

Sont également calculées les coordonnées colorimétriques x, y du blanc (système CIE), très importantes pour le rendu visuel de l'écran. Rappelions que le blanc parfaitement neutre a pour coordonnées (0,333; 0, 333).

Pour tous les retards And considérés dans le tableau 1, le blanc est très proche de 1, car la texture T fonctionne de façon optimale, la polarisation de sortie étant linéaire pour le cas (1)oPt.. La couleur du blanc reste proche du blanc théorique (0,333; 0,333) pour tous les cas. On constate cependant un jaunissement lorsque le retard augmente. Dans cette mesure, les valeurs correspondant à un retard And inférieur à 230nm sont préférées.

Le noir est obtenu avec la texture U. Il est donc optimisé lorsque celle ci a un retard de X/2 pour la longueur d'onde où l'oeil est le plus sensible. On retrouve bien dans le tableau 1 la meilleure valeur de contraste théorique pour le retard 275 nm, qui correspond à X/2 pour 550 nm, pic de sensibilité de l'oeil. La valeur de contraste pour 275 nm est très élevée, dû au double passage.dans la cellule. Ce double passage permet également d'obtenir de bonnes valeurs de contraste (> 50) sur une plage importante de retards.

Une configuration satisfaisante pour le contraste est en théorie un retard de 275 nm, mais un retard plus faible (230nm ou 200 nm) permet d'obtenir un blanc plus neutre colorimétriquement et serait donc préféré, comme indiqué ci-dessus. Le retard choisi dépendra du compromis souhaité.

L'ensemble de ces configurations possèdent à priori des performances 20 acceptables pour un écran en mode réflectif.

A titre illustratif les transmissions optique TR des états blancs et noirs correspondant au retard 275 nm du tableau 1 sont données figure 3 en fonction de la longueur d'onde.

Réalisation de la cellule cristal liquide cas de l'ancrage 25 azimuthal infiniment fort Lorsque l'ancrage azimuthal de la molécule de cristal liquide sur la couche d'alignement est infiniment fort, le directeur 22, 32 de la molécule de cristal liquide sur chaque face 20, 30 de la cellule est déterminé par la direction de brossage de la couche d'alignement (de type chimique polyimide par exemple) utilisée sur cette face. En effet pour un ancrage azimuthal infiniment fort, le directeur du cristal liquide s'aligne parallèlement à la direction de brossage (voir figure 4). Dans ce cas, une valeur précise de 4 est obtenue en fixant les directions de brossage des deux couches d'alignement sur la machine de production de l'afficheur, telles qu'elles fassent entre elles un angle 4) .

Calcul de la configuration optimale- Cas où le paramètre 4)* est imposé Les directions de brossage de la cellule peuvent être imposées par exemple par le procédé industriel. Dans ce cas, le calcul de la meilleure configuration pour le polariseur 40 ou P et l'analyseur 10 ou A selon le critère du meilleur blanc s'effectue de la façon suivante: Optimisation du blanc A partir des valeurs fixées de And, 4;mposé et, on calcule avec la formule [3] la valeur du. pouvoir rotatoire PR.

Pour obtenir un blanc optimum il faut A parallèle à Pout (formule [5]): soit A = P+PR Recherche du meilleur noir A (ou (3) est remplacé par sa valeur en fonction de P (ou a) dans la formule de la transmission TR = Trs2, avec 4)u =+n. La seule variable restante est P (ou a). On recherche la valeur de P (ou a) qui donne la valeur la plus faible de Trs2. Une fois P déterminée, la valeur de A est obtenue à l'aide de la formule [5].

Exemples de calcul - Cas où le paramètre 4)* est imposé Le tableau 2 décrit les configurations optiques réflectives optimales pour différentes valeurs du retard proche de ?/2. Le paramètre 4)imposé est choisi tel que=-180 4)u=0 Les performances du mode réflectif pour 4)=0 sont proches de celles obtenues pour 4opt. Le blanc est un peu moins bon (d'environ 5%) du fait que la texture T n'est pas à l'optimum, mais la polarisation de sortie reste très faiblement elliptique, ce qui garantit un bon niveau de blanc. Plus le retard diminue, plus on se rapproche de la condition 4opt (4opt se rapproche de -180 quand le retard diminue). Pour 200 nm, le blanc est très proche de 1. On retrouve l'effet de jaunissement quand le retard augmente.

Le noir est réalisé par une texture U sans torsion qui agit, comme précédemment, comme une lame biréfringente. La valeur maximale du contraste correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais le contraste reste élevé pour les autres retards du fait du double passage.

La meilleure configuration pour le contraste est un retard de 275 nm, mais un retard plus faible (230nm ou 200 nm) permet d'obtenir un blanc plus neutre colorimétriquement. Le retard choisi dépend du compromis souhaité.

L'ensemble de ces configurations possèdent des performances acceptables pour un écran en mode réflectif.

A titre illustratif les transmissions optique TR des états blancs et noirs correspondant au retard 230 nm du tableau 2 sont données figure 5 en fonction de la longueur d'onde.

Amélioration de la neutralité colorimétrique du blanc Une solution pour améliorer la neutralité colorimétrique du blanc est d'ajuster les polariseurs 10 ou A et 40 ou P à des angles voisins mais différents de ceux calculés par la méthode décrite précédemment. Dans ce cas, la condition sur le pouvoir rotatoire qui garantit le blanc le plus lumineux n'est plus strictement respectée. En fait on accepte de perdre sur la luminance du blanc pour améliorer la colorimétrie. Un exemple est donné dans le tableau 2' pour un retard de 230 nm et un 4 imposé tel que pour le tableau 2 (4posé est choisi tel que (1)T=-180 4u=0 ) On constate que pour les angles de P et A du tableau 2', le contraste a été divisé par 2 par rapport à la solution calculée du tableau 2, mais reste acceptable. La couleur du blanc a été modifiée, elle est légèrement bleutée et plus proche du blanc théorique.

Mode transflectif L'ensemble des calculs décrits plus haut peuvent être appliqué au mode optique intermédiaire dit transflectif, pour lequel le polariseur arrière 40 ou P est transflectif, c'est à dire partiellement réfléchissant: une partie de la lumière polarisée est transmise, l'autre partie est réfléchie. Cela permet à l'écran de fonctionner soit en mode transmissif lorsqu'il est éclairé par un éclairage arrière , soit en mode réflectif utilisant la lumière ambiante comme source de lumière lorsqu'il n'est pas 2863061 20 rétroéclairé. L'optimisation du blanc est identique pour les modes réflectifs et transflectifs, mais pour ce dernier la qualité du noir est faible lorsque qu'il fonctionne en mode transmissif (le noir n'est pas optimisé puisque la lumière opère, un aller simple au travers de la cellule au lieu d'un aller retour pour le mode réflectif).

CAS REEL D'UN ANCRAGE AZIMUTHAL FINI Lorsque l'ancrage azimuthal est fini (non infiniment fort), les forces élastiques qui s'exercent sur les molécules proches de la surface du fait du dopage chiral du mélange cristal liquide, font décrocher ces molécules, c'est à dire que le directeur 22, 32 du cristal liquide n'est plus strictement parallèle à la direction de brossage, mais décalé d'un angle DE appelé décrochage élastique . Pour simplifier l'exposé de l'invention sur ce point, on suppose qu'une seule couche d'ancrage possède un ancrage azimutal fini, l'autre couche possédant un ancrage azimutal infiniment fort. Le décrochage va dans le sens de diminuer la valeur absolue de la torsion de faible valeur (1)u, qui devient par exemple (kt, - DE pour (1)u >0, et de diminuer la valeur absolue de la torsion de forte valeur 4T, qui devient par exemple 4r + DE pour (I)T<0 (voir figure 6) Nous appelons (1)* l'angle que font les directions de brossage entre elles. Du fait du décrochage on a: 4 -O, _ 2c+2D.b Le décrochage élastique est directement relié à la force d'ancrage azimuthale caractérisée par sa longueur d'extrapolation Laz selon la 25 relation: DE = rc.La 2d Un ancrage azimutal fini possède typiquement Laz de l'ordre de 100 à 200 nm, soit DE compris entre quelques degrés et 15 environ. Le paramètre DE est un paramètre physique mesurable expérimentalement, donc supposé connu.

Nous choisissons pour les exemples suivants des valeurs de DE de 5 et 10 .

Cas où le paramètre 4* est libre Nous allons calculer les valeurs optimales de 4)* en fonction du décrochage DE, ainsi que la configuration optique correspondante.

Pour chaque retard And on appelle 4opt le valeur optimale de la torsion telle que définie par la formule [6].

La valeur effective de la forte torsion 4r vaut (cf figure 6) : çb,. = r+O*+DE On veut 4-r = (i)opt d'où =.2r+ç,,,, DE Le pouvoir rotatoire PR est calculé pour (And, 4opt) à l'aide de la formule [3], puis la relation entre A et P est injectée dans la formule de TR pour 4)t, = 4* - DE, et l'on recherche numériquement les valeurs de P qui minimisent la transmission TR.

Les configurations optiques optimales sont calculées pour les trois valeurs de retard 310nm, 275nm et 230nm, et pour les 2 valeurs de DE 5 et 10 , respectivement dans les tableaux 3, 4 et 5.

On constate sur ces tableaux qu'en présence de décrochage élastique, il est possible d'optimiser les directions de brossage (4 *) pour obtenir de bonnes performances du mode réflectif: le blanc est pour tous les cas très proche de 1. Le contraste le plus élevé correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais il reste acceptable pour les autres valeurs de retard considérées.

Cas où le paramètre 4* est imposé Pour des raisons pratiques de procédé industriel ou de bon fonctionnement de l'afficheur, la direction de brossage des cellules 4)* 30 peut être imposée, typiquement à 0 par exemple.

La valeur effective de 4)T vaut dans ce cas (cf figure 6) : çb,. = ,r+0*+DE 2863061 22 Le pouvoir rotatoire PR est calculé pour la valeur de 4T correspondante, puis comme précédemment la valeur de A en fonction de P découlant de la formule 5 est injectée dans la formule de TR pour 4)u = 4* - DE, et l'on recherche les valeurs de P qui minimisent la transmission TR. Les résultats pour les 3 valeurs de retards précédentes sont donnés respectivement dans les tableaux 6, 7 et 8.

On constate sur ces tableaux qu'en présence de décrochage élastique et avec 4* imposé à 0 , il est possible d'obtenir de bonnes performances du mode réflectif: le blanc est pour tous les cas très proche de 1. Le contraste le plus élevé correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais il reste acceptable pour les autres valeurs de retard considérées.

L'ensemble de ces configurations possède des performances acceptables pour un écran en mode réflectif.

A partir de ces configurations calculées, il est bien entendu possible de modifier la colorimétrie du blanc au prix d'une baisse de contraste en ajustant les angles de A et P tel que décrit dans le cas de l'ancrage azimuthal fort.

Les calculs décrits dans ce paragraphe s'appliquent également au mode 20 transflectif.

And 4u 4)T=u- P A Lblanc Lnoir CR x y opt 4T=4u-n (bu 310 31 -149 -45 -14 0,99 0,011 89 0,34 0,348 nm 45 76 275 24 -156 -45 -21 0,993 0,00071 1340 0,338 0,342 nm 45 69 230 16,5 -163,5 -45 -28,5 0.996 0.006 164 0,335 0,338 nm 45 61,5 12 -168 -45 -33 0,998 0,033 29 0,334 0,336 nm 450 570 Table 1: configurations optimales pour différentes valeurs de retards, avec 4 =(bopt And (1)u (kT=u-7C P A Lblanc Lnoir CR x y imp imp 4r=4u-7c u 310 0 -180 -57 -33,5 0,902 0,0038 236 0,354 0,358 nm 33 56,5 275 0 -180 -54 -35 0,945 0,0005 1882 0,345'0,349 nm 36 55 230 0 -180 -52 -38 0,978. 0,0079 123 0,338 0,34 nm 38 52 0 -180 -50,5 -39,5 0,989 0,037 27 0,336 0,337 nm 39,5 50,5 Table 2: configurations optimales pour différentes valeurs de retards, avec imposé.

And u r=u-n P A Lblanc Lnoir CR x y imp imp 4-,-=I)u-7r u 230 0 -180 -52 -38 0,978 0,0079 123 0,338 0,34 nm 38 52 idem tab 2 230 0 -180 -70 -33 0,83 0,012 67 0,317 0,321 nm 20 57 modif Table 2' : configuration modifiée pour améliorer la colorimétrie du blanc, retard 230 nm et 4 imposé.

DE u P A Lblanc Lnoir CR (1)u 5 26 210 -50 -190 0,989 0,0098 101 40 71 10 21 11 -55 -24 0,989 0,0066 150 35 66 Tableau 3: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 310 nm; pt=- ; 1=550 nm), 4 * libre DE 4u P A Lblanc Lnoir CR 4T u 5 19 14 -50 -26 0,993 0,00065 1529 40 64 10 14 4 -55 -31 0,993 0,00047 2096 35 59 Tableau 4: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 275 nm; pt=- 156 ; 1=550 nm), (1)* libre DE * 4u P A Lblanc Lnoir CR 4T 4U 5 11,5 6,5 -50 -33,5 0,997 0,0066 151 40 56,5 10 6,5 -3,5 -55 -38,5 0,997 0,0083 119 35 51,5 Tableau 5: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 230 nm; pt=- 163,5 ; 1=550 nm), 4* libre DE u P A Lblanc Lnoir CR (1)u 0 -50 -60 -35,5 0,926 0,002 380 30 54,5 10 00 -10 -60 -34,5 0,948 0,0017 544 30 55,5 Tableau 6: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 310 nm; 2=550 nm) avec (I)* imposé à 0 .

DE u P A Lblanc Lnoir CR 4T 4u 5 0 -5 -57,5 -37,5 0,962 0,00048 1985 32,5 52,5 10 0 -10 -60,5 -39,5 0,978 0,00057 1706 29,5 50,5 Tableau 7: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 275 nm; 1=550 nm) avec (1)* imposé à 0 .

DE (pu P A Lblanc Lnoir CR T 4u 5 0 -5 -54,5 -40 0,987 0,009 110 35,5 50 10 0 -10 -58 -42,5 0,993 0,01 94 32 47,5 Tableau 8: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 230 nm; 1=550 nm) avec q)* imposé à 0 .

2863061 26 VARIANTES DE L'INVENTION L'exposé qui précède concerne un cristal liquide lévogyre.

L'invention est bien entendu valable lorsque le cristal liquide est dextrogyre.

Dans ce cas, les configurations équivalentes s'obtiennent en inversant les signes de (1)U et 4T. Les orientations optimales des polariseurs 40 et analyseur 10 sont obtenues en inversant les signes des P et des A. A titre d'exemple, on donne les tableaux dextrogyres correspondants aux tableaux 2',3, 5, 6 et 8 du cas levogyre respectivement dans les tableaux 9, 10,11, 12 et 13: And u fi-=4u-7c. P A Lblanc Lnoir CR x y imp imp T=4) u-7t u 230 0 180 52 38 0,978 0,0079 123 0,338 0,34 nm -38 -52 idem ta b 2 230 0 180 70 33 0,83 0,012 67 0,317 0,321 nm -20 -57 modif Table 9 (ex 2') : configuration modifiée pour améliorer la colorimétrie du blanc, retard 230 nm et d imposé - cas d'un cristal liquide dextrogyre.

DE (Pu P A Lblanc Lnoir CR 4T 4u 5 -26 -21 50 19 0,989 0,0098 101 -40 -71 10 -21 -11 55 24 0,989 0,0066 150 -35 -66 Tableau 10 (ex 3): exemple de solutions pour différentes valeurs de 15 décrochage élastique pour (And = 310 nm; (bopt=-149 ; X=550 nm), libre - cas d'un cristal liquide dextrogyre DE u P A Lblanc Lnoir CR 4T 4U -11,50 -6,5 50 33,5 0,997 0,0066 151 -40 -56,5 10 -6,5 3,5 55 38,5 0,997 0,0083 119 -35 -51,5 Tableau 11 (ex 5): exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 230 nm; 4opt=- 163,5 ; 2=550 nm), 4 * libre - cas d'un cristal liquide dextrogyre DE * 4u P A Lblanc Lnoir CR

T

5 0 5 60 35,5 0,926 0,002 380 -30 -54,5 10 0 10 60 34,5 0,948 0,0017 544 -30 -55,5 Tableau 12 (ex 6) : exemple de solutions pour différentes valeurs de 5 décrochage élastique pour (And = 310 nm; 2=550 nm) avec 1)* imposé à 0 - cas d'un cristal liquide dextrogyre.

2863061 28 DE I)u P A Lblanc Lnoir CR r 1)u 00 5 54,5 40 0,987 0,009 110 -35,5 -50 00 10 58 42,5 0,993 0,01 94 -32 -47,5 Tableau 13 (ex 8) : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (And = 230 nm; ?=550 nm) avec 4* imposé à 0 - cas d'un cristal liquide dextrogyre.

REFERENCES

Document [1] : brevet FR 2740894 Document [2] : "Fast bistable nematic display using monostable surface anchoring witching" Proceeding SID 1997, p41-44 Document [3] : "recents improvements of bistable nematic displays 10 switched by anchoring breaking" SPIE vol.3015 (1997), p61-69 Document [4] : brevet US 2003/0076455 Document [5] : "Dynamic flow, broken surface anchoring, and switching bistability in three-terminal twisted nematic liquid crystal displays" Journal of Applied Physics, vol 90, n 6, p 31213123 (2001) Document [6] : brevet FR 2808891 Document [7] : "optical optimisation of surface controlled bistable twisted nematic liquid crystal displays" Proceeding SID 2000, p 241-243 Document [8] : brevet FR 2808890 Document [9] : "Thin Crystal film polarizers and retardera", Proc of SPIE 20 vol 4658, p 79-90, 2002 Document [10] : "reflective bistable nematic displays (BiNem ) fabricated by standard manufacturing equipment", Journal of the SID 11/1, 2003, 217-224

Claims

29 REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, caractérisé par le fait qu'il possède deux polariseurs (10, 40), l'un (10) placé côté observateur, l'autre (40) sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, l'orientation des deux polariseurs (10, 40) étant décalée d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30 près.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que. l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de.l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, étant comprise dans la gamme comprenant la plage + ou - (10 à 80 ) tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la gamme comprenant la plage de + ou - (10 à 80 ) pour un retard optique And de l'ordre de 250 70mm.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75 ; -30 ] U [10 ; 65 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 ; -10 ] U [30 ;80 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -10 ] U [30 ;
75 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80 ; -30 ] U [10 ;60 ].

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 280 +/- 30 nm, dans le cas 2863061 30 d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 15 et 30 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -300] U [25 ; 65 ] préférentiellement [-50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40 ; -10 ] U [500;800] préférentiellement [-25 ; -10 ] U [64 ;
80 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -15 et -30 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par. rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -25 ] U [30 ; 65 ] préférentiellement [- 50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80 ; -50 ] U [10 ;40 ] préférentiellement [-80 ; -64 ] U [10 ; 25 ].

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 10 et 20 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 ; -30 ] U [25 ; 65 ] préférentiellement [-50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40 ; -20 ] U [50 ;70 ] préférentiellement [-35 ; -25 ] U [55 ;
65 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -10 et -20 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -25 ] U [30 ; 60 ] préférentiellement [- 50 ;-40 ] U [40 ; 50 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) 2863061 31 placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -50 ] U [20 ;40 ] préférentiellement [-65 ; -55 ] U [25 ; 35 ].

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75 ; -35 ] U [15 ; 55 ] préférentiellement [-60 ;-50 ] U [30 ; 40 ], tandis que l'orientation du. polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50 ; -20 ] U [40 ;70 ] préférentiellement [-40 ; -30 ] U [50 ;
60 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; -15 ] U [35 ; 75 ] préférentiellement [- 40 ;-30 ] U [50 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -40 ] U [20 ;50 ] préférentiellement [-60 ; -50 ] U [30 ; 40 ].

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -40 ] U [20 ; 60 ] préférentiellement [-55 ;-45 ] U [35 ; 45 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 ; -20 ] U [30 ;70 ] préférentiellement [-45 ; -35 ] U [45 ;
55 ] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 ; -20 ] U [40 ; 65 ] préférentiellement [- 45 ;-35 ] U [45 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70 ; -30 ] U [200;60 ] préférentiellement [- 55 ; -45 ] U [35 ; 45 ].

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-80 ; -50 ] U [10 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50 ; -25 ] U [45 ;65 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60 ; -10 ] U [50 ; 80 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65 ; -45 ] U [25 ;50 ].

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5 et 30 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -45 ] U [25 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans 2863061 33 la plage [-40 ; -100] U [50 ;80 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5 et 30 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; -25 ] U [45 ; 65 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80 ; -50 ] U [10 ;40 ].

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5 et 15 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65 ; -40 ] U [25 ; 50 ] préférentiellement [-60 ;-45 ] U [30 ; 45 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50 ; - 20 ] U [40 ;65 ] préférentiellement [-40 ; -30 ] U [48 ;
60 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5 et -15 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-50 ; -25 ] U [40 ; 65 ] préférentiellement [-45 ;-30 ] U [45 ; 60 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65 ; - 40 ] U [20 ;50 ] préférentiellement [-60 ; -48 ] U [30 ; 40 ].

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique And = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , tenant compte d'un décrochage élastique 2863061 34 ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-70 ; -40 ] U [20 ; 55 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60 ; -25 ] U [30 ;65 ], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0 et +/-5 , tenant compte d'un décrochage élastique ente 1 et 12 , l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55 ; -20 ] U [40 ; 70 ], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65 ; -30 ] U [25 ;60 ].

12. Procédé d'optimisation de l'orientation de deux polariseurs (10, 40) dans un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, l'un des polariseurs (10) étant placé côté observateur tandis que l'autre polariseur (40) est placé sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à orienter les deux polariseurs (10, 40) de sorte qu'ils soient décalés d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30 près.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - calculer le pouvoir rotatoire PR à l'aide d'une formule exploitant le retard optique And, la torsion cl) et la longueur d'onde a,, - fixer l'orientation A du polariseur de sortie (10) égale à P+PR, P représentant l'orientation du polariseur (40) côté opposé à l'observateur 30 et PR le pouvoir rotatoire, - rechercher les valeurs de P qui donnent la plus faible valeur de transmission résultante pour la torsion 1) augmentée de 7t et - en déduire A. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base de la relation: PR = 0 arctg tgX [3] X J avec X(q5,2)_ 02+ 7cOnd2

J

15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que la valeur de la transmission est définie par la relation: Trs(q5, 2)=cos2(a+p8) cos2Xcos2acos24-0 tan x - tan 2a [tanX + tan 28 [1].

16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion optimal (1)opt déterminé sur la base de la relation: 17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé 15 par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion imposée par l'ancrage azimuthal.

18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'adaptation des angles des polariseurs pour améliorer la neutralité colorimétrique du blanc obtenu.

19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion qui intègre un décrochage (DE) résultant d'un ancrage azimuthal fini. \ 2 And o