WO2004104980A2 - Procede et dispositif perfectionnes d'affichage a cristal liquide nematique bistable - Google Patents

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WO2004104980A2
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Definitions

  • the present invention relates to the field of liquid crystal displays.
  • the present invention relates to bistable nematic liquid crystal displays.
  • the present invention applies in particular to bistable displays with nematic liquid crystals, with an anchoring break, of which two stable textures differ by a twist of approximately 180 °.
  • the primary object of the present invention is to improve the performance of bistable display devices.
  • a second aim is to propose a new bistable display device enabling gray levels to be obtained.
  • these new means can make it possible to significantly improve the optical definition of the pixels when addressing a multiplexed bistable display, by reducing the edge effects affecting switching. They can also make it possible to significantly reduce the non-uniformity defects affecting the images presented by these displays. In addition, these new means make it possible to obtain controlled and uniform levels of gray over the entire display.
  • a BiNem display consists of a layer of chiralised nematic liquid crystal placed between two substrates formed by two glass slides, one "master” LM, the other "slave” LE. Ele row and column electrodes, disposed respectively on each of the substrates, receive electrical control signals and make it possible to apply to the nematic liquid crystal an electric field perpendicular to the surfaces. CAFO and CAFA anchor layers are deposited on the electrodes. On the master slide, the CAFO anchoring of the liquid crystal molecules is strong and slightly inclined, on the slave blade, this CAFA anchoring is weak and flat or very slightly inclined.
  • Two bistable textures can be obtained. They differ from each other by a twist of ⁇ 180 ° and are topologically incompatible.
  • U a uniform or slightly twisted texture
  • T a twisted texture.
  • the spontaneous step of the nematic is chosen to be substantially equal to a quarter of the thickness of the cell, to make the energies of U and T essentially equal. Without field there is no other state with a lower energy: U and T have a real bistability. Under strong electric field an almost homeotropic texture called H is obtained.
  • the molecules are normal to the plate in the vicinity of its surface, the anchoring is said to be “broken”: when the electric field is cut, the cell evolves towards one or the other of the bistable states U and T (see Figure 1).
  • the hydrodynamic coupling between the master blade and the slave blade induces the texture T. Otherwise, the texture U is obtained by elastic coupling, helped by the possible inclination of the weak anchor.
  • the “switching” of a BiNem screen element will designate the fact for the liquid crystal molecules to pass through the homeotropic state (anchoring break), then to then evolve towards one of the two bistable states. U or T at the cut of the electric field.
  • the hydrodynamic coupling [6] between slave blade LE and master blade LM is linked to the viscosity of the liquid crystal. When the field stops, the return to equilibrium of the molecules anchored on the LM master slide creates a flow near it.
  • the viscosity causes this flow to diffuse throughout the thickness of the cell in less than a microsecond. If the flow is strong enough near the slave plate LE, it inclines the molecules there in the direction which induces the texture T; they rotate in opposite directions on the two blades. The return to equilibrium of the molecules near the slave plate LE is a second motor of the flow, it strengthens it and helps the homogeneous passage of the pixel in texture T. Thus the passage from the texture H under field to the texture T is obtained by a flow therefore a displacement of the liquid crystal in the direction where the anchoring of the molecules on the master slide LM is inclined (see FIG. 2).
  • the elastic coupling between the two plates gives a very slight inclination of the molecules near the slave plate LE, in the texture H under field; even if the applied field tends to orient them perpendicular to the blades. Indeed, the steep inclination of the LM master blade keeps the adjacent molecules inclined.
  • the inclination near the master blade LM is transmitted by the elasticity of orientation of the liquid crystal to the slave blade LE; on this the strength of the anchoring and a possible inclination of the latter amplifies the inclination of the molecules. [7].
  • the hydrodynamic coupling is insufficient to fight against the residual inclination of the molecules near the slave blade LE, the molecules near the two blades return to equilibrium by turning in the same direction: the texture U is obtained.
  • BiNem displays are most often matrix screens formed of nxm pixels, produced at the intersection of perpendicular conductive strips deposited on the master and slave substrates.
  • the application of multiplexing signals allows, by the combination of line and column signals, to select the final state of the nxm pixels of the matrix: the voltage applied to the pixel during the line selection time forms a pulse which, in a first phase, breaks the anchoring, then in a second phase, determines the final texture of the pixel.
  • the applied voltage either stops abruptly causing a sufficient voltage drop to induce the twisted texture T, or descends gradually, possibly by plates, and creates the uniform texture U.
  • L ' pixel voltage excursion determining the speed of the voltage drop is generally low. It is carried out by so-called “column” multiplexing signals and contains the image information. The excursion of the pixel voltages allowing the breaking of the anchoring is higher. It is carried out by. so-called “line” multiplexing signals and is independent of the content of the image. In the following, lines are called the electrodes of the display allowing the application of the "line” signals, and columns the electrodes allowing the application of the "column” voltages.
  • the application of the multiplexing signals makes it possible to select the texture of all the pixels of a line, by successively scanning each line of the screen, and by simultaneously applying the column signals determining the state of each pixel of the selected line.
  • the present invention results from the following experiments which are the culmination of long studies based on the first observations of aforementioned defect.
  • Several BiNem displays similar to those proposed by the publication [1] have been produced, in order to identify the causes of side effects and to find a solution.
  • 2 types of test vehicles were produced, one with 4x4 pixels, the other with 160x160 pixels.
  • the first BiNem displays produced for the study of edge effects consist of a layer of chiralised nematic liquid crystal placed between two substrates made of glass slides.
  • Line electrodes L1, L2, L3 and L4 and column Cl, C2, C3 and C4, disposed respectively on each of the substrates, receive electrical control signals and make it possible to apply to the nematic liquid crystal an electric field perpendicular to the surfaces.
  • Anchoring layers are deposited on the electrodes. On the master blade, the anchoring of the liquid crystal molecules is strong and slightly inclined, on the slave blade, it is weak and flat.
  • these anchoring layers are brushed to determine the orientation and anchoring of the liquid crystal molecules.
  • This BiNem bistable display comprises four column electrodes and four line electrodes, respectively arranged on the master LM (strong anchoring) and slave LE (weak anchoring) substrates, and defining a total of 16 pixels.
  • the width of the electrodes is approximately 2 mm, their length approximately 10 mm, and the insulation between two electrodes is approximately 0.05 mm.
  • the display is placed between two linear polarizers, the assembly being observed in transmission by means of a rear lighting device.
  • the axes of the polarizers are approximately crossed between them, and oriented at approximately 45 ° from the common direction of alignment of the anchor layers. In this configuration, the optical transmission of the texture U (uniform or slightly twisted) is high.
  • the texture U is passing (it appears clear.)
  • the optical transmission of the texture T (twisted) is weak.
  • the texture T is non-passing (it appears dark.).
  • This BiNem display is called AB4.
  • the BiNem display according to the prior art has the brushing direction parallel to the line electrodes (the brushing directions of the master blade LM and of the slave blade LE are parallel but opposite).
  • a BiNem AB4 display with “parallel” brushing as illustrated in FIG. 3 has been produced for a first characterization of the edge effects.
  • This display AB4para Switching of a Binem 4x4 display produced according to the state of the art Switching of pixels by simultaneous addressing (non-multiplex mode)
  • the row and column electrodes of AB4para are connected to control electronics.
  • the four lines (denoted L1, L2, L3 and L4) of the display are connected to each other at the same potential denoted VL, and the four columns (denoted Cl, C2, C3 and C4) connected to a same potential noted V c .
  • a potential difference is then applied between VL and Vc.
  • the applied signal is a control signal with two voltage levels, as illustrated in FIG. 4, namely a voltage of level VI greater than the threshold tension of anchor break during a first phase of anchor break of duration Tl , then a voltage at level V2 during a second selection phase of duration T2, capable of inducing either the texture T or the texture U, as a function of the voltage V2 applied. It is therefore addressing in non-multiplex mode.
  • the set of 16 pixels of AB4para switches simultaneously after application of the control signal, either in the texture U (FIG. 5a) or in the texture T (FIG. 5b), depending on the voltage V2 applied.
  • This non-addressed area of small width therefore does not present an obstacle to its crossing by the flow of liquid crystal, probably due to its very small width (0.05 mm), while the liquid crystal is set in motion on both sides. other by the pixels addressed in T. Switching of the pixels by addressing in multiplex mode
  • the AB4para display produced previously is connected in a second experiment to electronics generating usual multiplexing signals from BiNem (similar to those described by document [3]) for example as illustrated in FIG. 6.
  • the duration of the column signal te is equal to T2.
  • the 4 row electrodes L1 to L4 and the 4 column electrodes Cl to C4 of the display are now each connected to one of the 8 channels of an electronic card CE, as shown diagrammatically in FIG. 7.
  • a single row is selected at at the same time: the line selection signal is applied successively to the four lines of the display, in the following order: first line L4, then L3, then L2, then L1.
  • the column signals are applied simultaneously to the 4 column electrodes of the display in temporal coincidence with the end of each of the line signals, as described in document [3].
  • the pixels then switch in the texture U or T as a function of the voltages applied to the columns as illustrated in FIG. 8.
  • the display is placed in an initial state T by simultaneous addressing of all the pixels before application of the multiplexing signals.
  • the parameters of the control signals are adjusted to allow optimal switching of the pixels.
  • the edge defects consist of a parasitic texture U on the ends of the pixel in the brushing direction. They relate to all the pixels addressed in T adjacent to a pixel addressed in U.
  • the parasitic texture U is present in the pixel T over a length of approximately 0.1 mm (see FIG. 9).
  • BiNem 160 lines x 160 columns display produced according to the state of the art A BiNem display with a definition of 160 lines x 160 columns was produced in order to evaluate the amplitude of the switching fault on smaller pixels.
  • the width of the line electrodes El (on the slave blade) of this device is approximately 0.3 mm, their length approximately 55 mm, and the insulation between two electrodes is approximately 0.015 mm.
  • the dimensions of the Ec column electrodes (on the master slide) have the same characteristics as El (width, length, insulation).
  • the brushing direction is parallel to the line electrodes.
  • the brushing directions of the master and slave blades are parallel but opposite,
  • the display is provided with a rear reflector, a front polarizer and a front lighting device to operate in reflective mode: the texture T is busy (it appears clear), the texture U is non-passing (it appears dark).
  • Adapted control electronics delivering 160 line signals and 160 column signals, complete the device and allow addressing in multiplex mode of the display.
  • edge defects also consist of a parasitic texture U on the left and right ends, in the brushing direction, of all the pixels addressed in T adjacent to a pixel addressed in U (see FIG. 10) This defect appears only in multiplex mode. It gives a visual impression of ill-defined columns, which tend to overflow.
  • the parasitic U texture extends over approximately 0.08 mm.
  • the texture T is obtained when, at the stop of the electric field, the flow in the vicinity of the slave blade creates a hydrodynamic shear torque opposite to that exerted by the anchoring and stronger in modulus than the latter .
  • the elastic torque of the anchor is not zero, it corresponds to the residual angle of inclination under field and tends to induce the texture U.
  • the hydrodynamic shear is proportional to the speed gradient in the vicinity of the slave blade .
  • v the speed of the liquid crystal in the pixel, t time, xyz an orthonormal reference frame.
  • the master and slave blades are parallel to the xy plane and the alignment direction is in the direction of x.
  • Velocity obeys a diffusion equation: where 77 is the viscosity of the liquid crystal and p its density.
  • the edge is oriented parallel to the flow, the liquid crystal near this edge, but outside the pixel, is entrained by the flow near this edge inside the pixel. Conversely, the flow inside is slowed down.
  • the coupling in the y direction perpendicular to the edge is viscous like the coupling in the z direction which initiates the flow from the master blade.
  • the equation of these couplings is a Laplace equation so the effect will only be visible in the pixel and outside on a strip whose width is close to the thickness d, i.e. one micron on each side. .
  • a corrective factor appears because of the anisotropy of the viscosities of the liquid crystals and the difference in orientation of the molecules between the inside and the outside of the pixel.
  • the first microseconds of the flow are decisive for the switching of the texture.
  • the simulations show that approximately 10 ⁇ s after the field has stopped, the molecules have started to switch irreversibly in the direction giving the texture T, or in the opposite direction giving the texture U.
  • a time of this order is quite short so that we can consider the glass slides as infinitely stiff: only the liquid compresses. It is also long enough to ignore the terms of inertia.
  • the speed diffusion equation can then be written:
  • ⁇ is the viscosity of the liquid crystal, ⁇ its compressibility and ⁇ the elementary displacement of the layer of liquid crystal at height z.
  • v 0 is arbitrary, this is the speed induced by the rotation of the molecules near the master slide.
  • x 0 is the scale in x.
  • Figure 12 presents the function f (x / x 0 ) therefore the speed at the edge of a pixel as a function of the distance to this edge. This speed is plotted for the master blade, and for 9 positions in z between master blade and slave blade.
  • the scale in x / x 0 goes from - ⁇ / 2 to V2.
  • the speeds are those of the center of the pixel, they remain proportional to the distance from the slave plate.
  • the speed near the slave blade is reduced by 25%, the gradient is reduced in the same proportions, switching to T may be impossible.
  • the speed generated by the master blade is divided by 2 at all times.
  • the speed sign does not affect the speed profile, the outgoing flow has the same effect as that entering the pixel.
  • a very interesting example practically corresponds to the switching of a pixel in T if it is isolated or if the pixel which follows it in the direction of flow switches to U at the same instant.
  • the curve in FIG. 12 shows that the speed transmitted to the slave blade LE is halved at the edge of the pixel considered, since there is no flow in the adjacent pixel. If the electrical signal is adjusted to switch the middle of the pixel, its edge will change to U.
  • This example is found in the previous experiments, at the edge of the T-pixel adjacent to a U-shaped pixel on the same line, therefore having switched at the same time, a U-shaped band appears. We understand the appearance of the bands in the two previous experiments where the brushing direction D2 and the direction Dl of the line electrodes coincide.
  • This arrangement favors the coupling of neighboring pixels during addressing by the same flow of liquid crystal, since the pixels sharing a common line electrode are addressed simultaneously.
  • This example is of another interest: if the pixels function independently, it is possible to adjust the electrical signal to make switch in T part of the pixel and thus to obtain shades of gray by progressive variation of the switched surface of the pixel. From a speed threshold on the master blade LM, the middle of the pixel switches to T, a strip of about 0.1mm on the edges switches to U. Clearly above the threshold, all the pixels will switch to T.
  • the texture T is obtained everywhere where the shear, therefore the speed of displacement of the liquid crystal exceeds a certain critical value when the texture H is released.
  • a BiNem display with parallel orientation is therefore not suitable for grayscale display, at least in the case of small pixels (for example with dimensions less than 1 mm), for which the surface of the parasitic texture U of pixel edge is significant.
  • the present invention provides a matrix display device with bistable nematic liquid crystal in which the passage into at least one of the two bistable states is effected by displacement of the liquid crystal in parallel to the surfaces of the device, characterized in that it comprises a system for addressing the various elements of the display, such that it does not simultaneously switch two contiguous elements located in the direction of flow of the material, and thus allows better control of the flows at the edges of the pixel.
  • the addressed lines of the device are inclined relative to the direction of flow of the liquid crystal, advantageously perpendicular to this direction,
  • the direction of orientation of the liquid crystal molecules is inclined relative to the addressed lines, advantageously perpendicular thereto, the orientation of the molecules is obtained using one of the means chosen from the group comprising: brushing, a polymer layer activated under polarized light, a deposit oriented by vacuum evaporation, a network, - the device is of the BiNem display type, (However it can also be applied to any liquid crystal display using hydrodynamic effects for switching between textures).
  • the device according to the present invention comprises means capable of applying control signals adapted to control the intensity of the displacement of the liquid crystal and gradually control the extent of one of the two stable states inside each of the pixels, in order to generate controlled gray levels inside each of these.
  • the aforementioned means can proceed by modulating different parameters of the control signals, and in particular the voltage level of the column signals and / or the duration, and / or the phase of these.
  • the present invention also relates to a display method using a bistable nematic liquid crystal matrix device in which the passage into at least one of the two bistable states is effected by displacement of the liquid crystal parallel to the surfaces of the device , characterized by the fact that it comprises a step of addressing the various elements of the display using electrical signals such that the device does not simultaneously switch two contiguous elements situated in the direction of flow of the material .
  • FIG. 1 schematically illustrates the operating principle of a BiNem type display
  • FIG. 2 represents the hydrodynamic flow present in the cell during a sudden cut in the electric field
  • FIG. 3 shows schematically a BiNem display 4 lines x 4 columns according to the state of the art and illustrates in particular the Direction Dl of the line electrodes and the parallel direction D2 of brushing,
  • FIG. 4 schematically represents conventional control signals for the simultaneous switching of the pixels of this display
  • FIG. 5a represents the state resulting from the display in the texture U
  • FIG. 5b represents the state resulting from the display in the texture T
  • FIG. 6 shows the multiplexing signals of a BiNem matrix display.
  • FIG. 7 shows diagrammatically a test assembly with multiplexing signals on the same display conforming to the state of the art
  • FIG. 8a represents the state resulting from the display for controlling the 16 pixels in state T
  • FIG. 8b represents the state resulting from the display for controlling the 16 pixels in the state U
  • FIG. 8c represents the state resulting from the display for controlling 9 pixels in the state T and 7 pixels in state U,
  • FIG. 9 represents the detail of the pixel edge defects, to the left and to the right of a pixel in the direction of the brushing direction,
  • FIG. 10 represents a switching fault to the left and to the right on the pixels of a 160 row x 160 column display
  • - Figure 12 represents the speed v of the liquid crystal at an instant, at different positions between the slave plate and master plate, as a function of the distance x at the edge of the pixel
  • - Figure 13 schematically represents a BiNem display 4 lines x 4 columns according to the present invention and in particular illustrates the direction D1 of the line electrodes and the orthogonal direction D2 of brushing
  • FIG. 14a represents the state resulting from the display for a command of 16 pixels in state T
  • FIG. 14b represents the state resulting from the display for a command of 16 pixels in state U
  • FIG. 14c represents the state resulting from the display for a command of 8 pixels in state T and 8 pixels in state U,
  • FIG. 15 represents the detail of the pixel edge defects, to the left and to the right of a pixel in the direction of the brushing direction, for a brushing direction D2 perpendicular to the direction Dl of the line electrodes,
  • FIG. 16 schematically represents a BiNem 4-line x 4-column display according to a variant of the present invention and illustrates in particular the direction D1 of the line electrodes and the direction D2 at 45 ° of brushing,
  • FIG. 17a represents the state resulting from this last display for a command of 16 pixels in state T
  • FIG. 17b represents the state resulting from this same display for a command of 16 pixels in the state U
  • FIG. 17c represents the state resulting from the display for a command of 9 pixels in the state T and 7 pixels in state U,
  • FIG. 18 represents the detail of the pixel edge defects displayed on this display
  • FIG. 19 shows the geometric advantage obtained with a display according to the invention, by comparing a "left-right” edge effect in accordance with the state of the art illustrated in FIG. 19a with an "up-" edge effect bottom ”according to the present invention illustrated in FIG. 19b,
  • FIG. 20 represents in the form of an electro-optical response curve the percentage of texture T of a display as a function of the voltage V2 illustrated in FIG. 4,
  • FIG. 21 shows 6 optical states of the pixels of a 160x480 display according to the state of the art obtained by applying successive column voltages Vc of -0.4V, -0.8V; -IV; -1.4V; -1.6V; -2V
  • - Figure 22 represents 4 optical states of the pixels of a 160x480 display according to the state of the art obtained by applying column pulses of variable durations, respectively lOO ⁇ s, 200 ⁇ s, 300 ⁇ s, and 500 ⁇ s
  • FIG. 23 represents the parameters of the column signal capable of being modulated for producing gray levels by “curtain effect” according to the invention, more precisely in FIG.
  • the first line represents a line signal n
  • the second line represents a line signal n + 1
  • the third line referenced “a” evokes the modulation of the amplitude Vc of the column signal
  • the fourth line referenced “b” evokes the modulation of the duration Te of the column signal
  • the fifth line referenced “c” evokes the modulation of the phase, characterized by ⁇ Tc, of the column signal
  • FIG. 24 represents the principle of producing the gray levels according to the invention
  • FIG. 25 shows 8 optical states of the pixels of a 160x480 display according to the present invention obtained by applying successive column voltages Vc of -3.6V, -2.8V, -1.8V, -0.8V, - 0.6V, - 0.5V, -0.4V and -0.2V with the signals defined in table III,
  • FIG. 26 represents the curve of the optical response of a display device in accordance with the present invention, as a function of the column voltage Vc for the temperature of 26.4 ° C.
  • FIG. 27 represents 8 optical states of the pixels of a 160 ⁇ 480 display in accordance with the present invention obtained by applying column pulses of variable duration, respectively of 400 ⁇ s, 600 ⁇ s, 650 ⁇ s, 700 ⁇ s, 750 ⁇ s, 800 ⁇ s, 850 ⁇ s and 900 ⁇ s,
  • FIG. 28 represents the curve of the optical response of a display device in accordance with the present invention as a function of the duration of the column pulse for the ambient temperature 26.4 ° C.
  • FIG. 29 shows 6 optical states of the pixels of a 160x480 display according to the present invention brushed at 60 ° from the direction of the row electrodes as a function of the column voltage Vc, for 6 voltages respectively of -1.2V; -2.8V; -2,9V; -3.1V; -3.2V and - 3.4V.
  • Figure 30 shows an example of line signals from a BiNem display addressed by a two-step mode according to the invention, more precisely Figure 30 illustrates the example of a Vsimul signal of the type Single-ply “passage in T” and two-ply multiplexing signals,
  • FIG. 31 shows an example of line signals from a BiNem display device addressed by a two-step mode according to the invention, more precisely FIG. 31 illustrates the example of a Vsimul signal of the “double U-shaped passage” type and two-ply multiplexing signals,
  • FIG. 32 shows an example of line signals from a BiNem display device addressed by a two-step mode according to the invention, more precisely FIG. 32 illustrates the example of a single-strip Vsimul type signal and single-ply multiplexing signals,
  • Figure 33 shows an example of line signals from a BiNem display addressed by a two-step mode according to the invention, more precisely Figure 33 illustrates the example of a Vsimul signal of the “U-shaped” type with ramp and single-ply multiplexing signals,
  • FIG. 35 represents the optical response curve as a function of the voltage of the signal applied to the pixel for control signals of the type illustrated in FIG. 33,
  • - Figure 36 represents methods of obtaining levels of gray by "curtain effect" in multiframe mode
  • - Figure 37 represents a BiNem 160x160 display, with a checkerboard where on each line alternates a white square and a square whose color corresponds to a gray level, as well as the zoom on the squares corresponding to the 8 levels entered,
  • FIG. 38 represents an enlargement of a few pixels of the display in FIG. 37
  • FIG. 39 represents the optical response associated with each gray level in FIG. 37
  • - Figure 40 illustrates two possible scanning direction for a BiNem display brushed at 90 °: one in the same direction as the hydrodynamic flow, the other in direction "opposite to the hydrodynamic flow
  • - Figure 41 represents the influence of the direction of scanning of the display on the obtaining of edge effects making it possible to produce gray or "curtain effect".
  • BiNem display brushed at 90 ° from the direction of the line electrodes
  • a 4-line x 4-column display similar to that of the first embodiment (illustrated in FIG. 3) was manufactured using the general technology known as BiNem.
  • the angle between the brushing direction D2 and the direction of the line electrodes D1 has been increased to 90 °.
  • This display is illustrated in Figure 13.
  • the brushing direction of the master blade and the slave blade are identical.
  • This new type of BiNem display is called "orthogonal BiNem display”.
  • the AB4 display produced according to the invention is referenced AB4ortho in FIG. 13.
  • the AB4ortho display was then connected to the same CE control electronics as that of the first experimental device. It is then addressed in multiplex mode. Observation of images in multiplex mode The display being placed in the same optical device as previously, it is observed after the addressing of the same 3 images.
  • the edge defects consist of a parasitic U texture, extending over a typical length of 0.1 mm on either side of the ends in the direction of brushing (now high and low relative to the direction of the lines), of all the pixels T (see Figure 15).
  • Pixels U are not affected.
  • edge effect affects all the pixels in T independently of the switching of the neighboring pixels is an advantage compared to the prior art, since a uniform and controlled visual appearance is obtained. Furthermore, by decorrelating the edge effect of the line signal, the possibility is opened during the production of gray of controlling the proportion of U and T in an identical manner on all the pixels.
  • BiNem display brushed at 45 ° from the direction of the line electrodes In this embodiment, an angle of 45 ° is introduced between the brushing direction D2 and the direction of the line electrodes Dl. This device is shown diagrammatically in FIG. 16.
  • the display was then connected to the same CE control electronics as that of the initial device, with addressing in multiplex mode.
  • the edge defects affect the two angles aligned in the direction of brushing of all the pixels addressed at T (FIG. 18).
  • the defects consist of a parasitic U texture, with a typical diameter of less than 0.1 mm. The surface of these defects is much smaller than that noted on the initial device.
  • An electrooptical reference curve is defined for the BiNem displays: The optical state or percentage of texture T as a function of the voltage V2 as shown in FIG. 4. (document [3]). This reference curve illustrated in FIG. 20 provides indications on the parameters to be used for the multiplexing of the display.
  • This curve indicates that a BiNem display can be multiplexed either at the operating point "on the left” (the voltage V2 of the line multiplexing signal is assigned to the value V2G), or "on the right” (line voltage V2D ).
  • the invention also makes it possible to obtain a well-controlled switching to gray levels of the pixels on BiNem displays brushed in an inclined manner with respect to the direction of the line electrodes, for example brushed at 90 ° or 60 ° of this direction.
  • Document [8] describes an embodiment of gray levels by modulating the voltage applied to the pixel, while controlling the proportion of U and T within the same pixel, according to the state of the art prior to the present invention. It can be seen experimentally that in so-called “parallel” addressing, the pixels placed in an intermediate optical state have a multitude of contiguous U and T microdomains.
  • FIGS. 21 and 22 show the evolution of these microdomains with the control voltage for a BiNem 160x480 display according to the state of the art (so-called "parallel" brushing).
  • FIG. 21 corresponds to the case where the value of the column voltage varies
  • FIG. 22 corresponds to the case where the duration of the column voltage varies.
  • the addressing signals used are typically signals with three plates, the diagram of which is shown in FIG. 6.
  • the values corresponding to the photographs in FIGS. 21 and 22 are described in Tables I and II respectively.
  • FIGS. 21 and 22 show that, for a given pixel, although the average proportion of texture T increases when Vc decreases, the centers of microdomains in texture T remain randomly arranged inside the pixel.
  • the presence of a large number of small microdomains is not favorable to the long term stability of the gray state obtained.
  • Creation of gray levels according to the invention On the contrary, in the case of orthogonal addressing according to the present invention, the pixel is made up of two domains: a domain T and domain U, separated by a rectilinear wall.
  • the large size of the domains gives optimal stability.
  • This border moves in the pixel and thus determines a set of gray levels. This is achieved by controlling the hydrodynamic flow within a pixel using the applied signals.
  • this embodiment of the grays according to the invention by controlling the hydrodynamic effect "curtain effect". In some cases, the effect can spread from two opposite edges rather than just one.
  • the pixel is approximately divided into two zones, each being occupied by one of the two textures.
  • the length of the lines of separation or of the walls separating the textures is therefore never microscopic. This situation is favorable for obtaining an excellent stability of the extension of the textures, therefore of the optical state of the pixel.
  • the gray levels of the display produced by "curtain effect" in accordance with the invention can be controlled by modulation of the various control parameters of the display. These parameters are (see Figure 23):
  • VIL voltage of the applied voltages
  • VL2 amplitude of the applied voltages
  • T2 duration of the applied voltages
  • the phase of the column signal is defined in figure 23c by the offset between the falling edges of the second plateau of the line signal and of the column signal.
  • the value of ⁇ Tc can be positive or negative.
  • the parameter TL time which separates two line signals
  • the line signal comprises only a plateau of value VL.
  • VL can be either higher or lower than the anchoring break threshold voltage.
  • the principle of producing gray levels according to the invention for a pixel signal with two plates is given in Figure 24.
  • the pixel signal is characterized by four parameters V1, V2 (amplitude of the voltages applied), Tl and T2 (duration of these applied voltages).
  • the modulation of all the parameters of the pixel signal is acted on by modulating some of these signals frame by frame.
  • Prototypes were produced in order to test the control of gray levels by "curtain effect" in single and multi-frame mode.
  • Production of gray levels according to the invention in single-frame mode The gray levels are produced in the following three examples by modulating the parameters of the column signal, either the amplitude of the slot, or its duration.
  • Experimental setup with a BiNem 160x480 90 ° brushed display A prototype BiNem screen defining 160 lines x 480 columns, brushed at 90 ° from the direction of the line electrodes was produced.
  • the width of the column electrodes is approximately 0.085 mm, their length is approximately 55 mm, the insulation between columns is approximately 0.015 mm.
  • the width of the lines is approximately 0.3 mm, their length approximately 55 mm, the insulation between lines is approximately 0.015 mm.
  • the elementary pixel is described in FIG. 19b.
  • the brushing direction D2 is perpendicular to the line electrodes.
  • the display is equipped with a rear reflector, a front polarizer and a front lighting device to operate in reflective mode: the texture T is passing (it appears clear), the texture U is non-passing (it appears dark).
  • Adapted control electronics delivering 160 line signals and 480 column signals, complete the device and allow addressing in multiplex mode of the display.
  • the pixels of the test vehicle are observed at a magnification compatible with the observation of the textures present on the pixels.
  • the screen is addressed by multiplexing signals whose default parameters and excursions are defined in table III.
  • the addressing signals are typically signals with three plates, the diagram of which is shown in FIG. 6.
  • the intermediate plate is at the voltage of the second line plate V2. Its duration is the difference between time T2 of the second row stage and time TC of the column pulse.
  • TL is the time between two line signals. It has been optimized for obtaining gray levels by curtain effect according to the invention.
  • the pixels are previously passed into a given state, for example T, before being addressed for the grays (see below).
  • Figure 25 demonstrates the excellent ability of the 90 ° brushed BiNem display to reproduce a grayscale scale.
  • the optical response of the display as a function of the column voltage Vc applied is illustrated in FIG. 26.
  • the duration of the column pulses varies from 400 ⁇ s to 900 ⁇ s.
  • the other parameters of the multiplexing signals are indicated in table IV.
  • TL is the time between two line signals. It has been optimized for obtaining gray levels by curtain effect according to the invention.
  • the optical response curve of the display as a function of the duration of the applied column pulses is shown in FIG. 28. This continuous response allows the production of gray level multiplex BiNem displays by modulating the duration of the column signals.
  • test vehicle is the same as before, unlike the brushing direction, which is here 60 ° instead of 90 °.
  • the multiplexing voltage applied to the columns is varied continuously between -1.2 V and -3.4 V by observing the optical state obtained for each voltage. The result is shown in FIG. 29.
  • the parameters used by default for the multiplexing signals are given by table V below.
  • TL is the time between two line signals. It has been optimized for obtaining gray levels by curtain effect according to the invention.
  • the operating temperature are all factors likely to influence the switching of a BiNem cell. Depending on the value of these factors, there may be a texture “easy” to obtain and a texture “difficult” to obtain, or a texture “quick” to obtain and a texture “slow” to obtain. For example, this is particularly true for the temperature factor, which notoriously influences the properties of the liquid crystal and therefore the characteristics of the switching.
  • FIG. 30 An example of the implementation of a 2-step addressing according to the invention is illustrated in FIG. 30, taking the example of a collective signal of type passing through T.
  • Two lines, n and n + 1 are concerned in this nonlimiting example, and the principle is generalized to the whole of the display.
  • the parameters of the line signal V sim ui applied simultaneously to several lines (V sT , ⁇ ' p ) are adapted to the collective switching mode and can vary as a function of certain parameters.
  • V S i mU ⁇ has only one tray but it can also have two or more.
  • the parameters of the multiplexing signals are also suitable and may take different values from those used in the simple multiplex mode.
  • the line signals, bi-plate in this example, can also be, multi or single plate.
  • Column signals can be modulated by amplitude, duration or phase as shown in Figure 23 or a combination of two or even three methods.
  • FIG. 31 Another example of the implementation of a 2-step addressing according to the invention is illustrated in FIG. 31, taking the example of a collective signal of U-shaped passage type. Two lines, n and n + 1 are concerned in this nonlimiting example, and the principle is generalized to the whole of the display.
  • the parameters of the simulated line signal V ⁇ applied simultaneously to several lines are adapted to the collective switching mode and can vary according to certain parameters.
  • the parameters of the multiplexing signals (VL"1; VL “2;T” ⁇ ; T “ 2 ;V”c; T “ c ) are also suitable and can take different values from those used in the simple multiplex mode.
  • the line signals, bi-plate in this example can also be multi or single. Column signals can be modulated by amplitude, duration or phase as shown in figure 23 or a combination of two or even three methods. Another example of the implementation of a 2-step addressing according to the invention is illustrated in FIGS.
  • the column signals can be modulated by amplitude, duration or phase as illustrated in FIG. 23 or a combination of two or even three methods.
  • passage in U has a ramp shape.
  • the simultaneous switching for the difficult texture can be carried out “by packet” of p lines, which are then addressed in multiplex mode, then the packet of the p following lines is addressed in collective then multiplex, and so on until addressing of all lines of the display.
  • the simultaneous switching for the difficult texture can also be carried out collectively for all of the lines of the display, then the latter is addressed in multiplex mode on all of these lines, as is usually the case.
  • a first example of two-step addressing as illustrated in FIG. 30 is: - First step:
  • Vc modulation Multiplex type addressing as described in table VII, in order to achieve gray levels by “curtain effect” according to the invention.
  • VIL -20V V2L. -7 V Vc O to -3 V White: Vc + 3V
  • a second example of two-step addressing as illustrated in FIG. 32 is: - First step:
  • An example of two-step addressing as illustrated in FIG. 33 is that corresponding to table X.
  • FIG. 35 gives the optical transmission as a function of the pixel voltage equal to V " L -Vc. A modulation between black and white is obtained with a variation of 4V of Vc.
  • the signal V stmu ⁇ can be positive monopolar, negative monopolar, bipolar, not necessarily symmetrical.
  • the important thing - is not its exact shape but its function which is to switch, collectively or in packages, the lines of the display, in order to place them in a state (texture of the liquid crystal) perfectly defined before the application of multiplexing signals.
  • This mode is for example interesting when it is not possible to directly modulate Vc, as is the case when using STN drivers.
  • a BiNem display of the same type as above but with 160x160 square pixels was used for this experiment.
  • the size of an elementary pixel is 290 ⁇ m.
  • General principle of the multi-frame addressing method To achieve gray, the value of all the addressing signals can be modified between two frames. To obtain n gray levels, one must typically address n frames. Let VLl (i), Tl (i), VL2 (i), T2 (i) Vc (i) and Tc (i) be the row and column signals associated with the frame i.
  • the interlining time Tl is also a parameter to take into account. The set of these values can theoretically be modified between two fields, in order to generate the desired gray levels.
  • the pixels are previously passed into a given state, before being addressed for the grays.
  • the frame 1 then corresponds to the first step called “simultaneous” or the pixels of the display are switched by packet or collectively in the so-called “difficult” texture or “slow".
  • the following frames are addressed in multiplex mode.
  • Frame 2 we switch to U all the pixels of the line which must have 100% of U (for example column signal -Vc). The other pixels receive an inoperative signal, and therefore remain at 100% T.
  • Frame 3 the pixels must then be addressed having a slightly lower proportion of U, for example 80%. Pixels waiting to be addressed in gray, ie “waiting to be filled” receive an inoperative signal, which confirms their state of T. Pixels
  • Frame 4 the pixels which have a lower proportion of U, for example 60%, are then addressed.
  • the pixels “waiting to be filled” receive an inoperative signal, which confirms their state of T.
  • the pixels "already filled” with the right proportion of U here those in
  • the column voltage can take the values 0, + Vc and -Vc, the duration Te is fixed, and the parameters VL1NL2, T1, T2 are varied with each frame to obtain the desired gray. Line voltages are negative in this example.
  • the operating mode is as follows: Frame 1: First we collectively switch all the pixels at T. For a given frame i:
  • This inoperative signal is for example a signal of course having the same line parameters VLl (i), VL2 (i), Tl (i), T2 (i) and a value on their column of -f-Vc
  • Frame 1 is dedicated to the 100% T (white) collective passage. Then in multiplex mode the following frames "fill" the pixels with U.
  • Frame 2 is devoted to the passage of pixels whose final state is 100% U (black).
  • Frame 3 is devoted to the pixels to be addressed in dark gray, etc., up to the lightest gray.
  • the grays are obtained at first by varying the value of VL2, then for the lighter grays by decreasing the duration T1.
  • Table XI example of parameters of the voltage applied to the pixels in an 8-frame mode
  • Figure 37 shows a BiNem 160x160 display, addressed according to the mode described above, with a checkerboard where on each line alternates a white square and a square whose hue corresponds to a gray level, as well as the zoom on the squares corresponding to the 8 registered levels.
  • Figure 38 shows an enlargement of a few pixels for better visibility of the effect.
  • Figure 39 gives the optical response associated with each gray.
  • the present invention may apply the provisions taught in document [3], namely in particular: - a device for addressing a nistatic bistable nematic liquid crystal matrix screen with anchoring breakage, comprising means designed to apply , on the column electrodes of the screen, an electrical signal whose parameters are adapted to reduce the mean square voltage of the spurious pixel pulses to a value lower than the Freederikzs voltage, in order to reduce the spurious optical effects of the addressing ,
  • each row signal and each column signal comprises two successive subsets of identical configuration, but of opposite polarities, - a device in which the polarity of the line signals and of the column signals is reversed with each change of image, a device in which a common voltage is added to the useful components of the line signals and of the column signals so that the signals applied each pixel has two successive subsets of opposite polarities.
  • a device for electrically addressing a matrix screen with bistable nematic liquid crystal and with an anchoring break comprising means capable of applying controlled electrical signals respectively to row electrodes and to column electrodes of the screen, comprising means capable of simultaneously addressing several lines, using similar line signals and time-shifted by a delay greater than or equal to the time of application of the column voltages, said line addressing signals comprising in a first period at minus a voltage value making it possible to effect an anchoring break of all the pixels of the line, then a second period making it possible to determine the final state of the pixels making up the addressed line, this final state being a function of the value of each electrical signals applied to the corresponding columns,
  • ⁇ c ⁇ D ⁇ relation in which: ⁇ D represents the time offset between two line signals, ⁇ L represents the line addressing time comprising at least one anchoring break phase and one phase selection of the texture and ⁇ c represents the duration of a column signal, - a device in which the addressing time of x lines addressed simultaneously is equal to ⁇ + [ ⁇ D. (xl) J relation in which: ⁇ D represents the time offset between two line signals, and ⁇ L represents the time d line addressing comprising at least one anchoring break phase and one texture selection phase,
  • ⁇ D represents the time offset between two line signals
  • ⁇ L represents the line addressing time comprising at least one anchoring break phase and one texture selection phase
  • each line signal comprises two successive adjacent sequences having respectively opposite polarities
  • ⁇ represents the time offset between two line signals
  • ⁇ represents the line addressing time comprising at least one anchoring break phase and one texture selection phase
  • the column signal is chosen from the group comprising: a column signal of duration less than or equal to the duration of the last plateau of the line signal, a column signal of duration ⁇ c equal to ⁇ D and a column signal of duration ⁇ c less than ⁇ D
  • ⁇ D representing the time offset between two line signals
  • ⁇ c represents the duration of the column signal.
  • the present invention may also apply, whether in particular for signals with addressing in one or two steps, of the provisions taught in document [10], namely in particular:
  • a display device comprising addressing means capable of generating and applying to each of the pixels of the matrix screen, control signals comprising rising slopes in slope, preferably rising slopes in slope which have a slope from 0.1 V / ⁇ s to 0.005 V / ⁇ s.
  • a device comprising addressing means adapted to generate signals comprising two phases: a first phase of breaking of the anchor, and a second selection phase.
  • a device, the addressing means of which are adapted to generate, for obtaining a uniform texture, signals for which the fall between two successive stages of the falling edge of the selection phase does not exceed a critical threshold value ⁇ V , while for obtaining a twisted texture, the falling front comprises at least one sudden drop greater than the critical threshold value ⁇ V.
  • the rising edge has a duration ⁇ R of 200 ⁇ s at 4 ms.
  • - a device in which the rising edge has a duration ⁇ R greater than 300 ⁇ s.
  • - a device in which the slope of the falling edge is of the same order of magnitude as the rising edge.
  • each pixel is controlled by a component, for example a transistor, capable of being switched between two states, respectively passing and non-passing.
  • the present invention also extends to the combinations of characteristics mentioned above.
  • the two textures which differ by approximately 180 ° are not necessarily one uniform or slightly twisted (ie close to 0 °) and the other close to half-turn (ie close to 180 ° ). In fact, in the context of the present invention, it is possible to provide different twists for these two textures, for example 45 ° and 225 °.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide nématique bistable dans lequel le passage dans l'un au moins des deux états bistables est opéré par déplacement du cristal liquide parallèlement aux surfaces du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comprend un système d'adressage des différents éléments de l'afficheur, tel qu'il ne commute pas simultanément deux éléments contigus situés dans le sens de l'écoulement de la matière. L'invention concerne également un procédé d'affichage. L'invention permet de contrôler des niveaux de gris par contrôle d'un « effet rideau » de l'écoulement hydrodynamique afin de définir la place de la frontière entre deux textures différentes.

Description

Procédé et dispositif perfectionnés d'affichage a cristal liquide nematique bistable.
DOMAINE
La présente invention concerne le domaine des afficheurs à cristaux liquides.
Plus précisément la présente invention concerne les afficheurs 5 bistables à cristaux liquides nématiques. La présente invention s'applique en particulier aux afficheurs bistables à cristaux liquides nématiques, à cassure d'ancrage dont deux textures stables diffèrent par une torsion d'environ 180°. BUT DE L'INVENTION 10 Le but premier de la présente invention est d'améliorer les performances des dispositifs d'affichage bistables.
Un second but est de proposer un nouveau dispositif d'affichage bistable permettant l'obtention de niveaux de gris.
Ces deux résultats sont obtenus par l'utilisation de nouveaux 15 moyens qui permettent l'affichage des niveaux de gris, ainsi que l'amélioration des qualités d'affichage en noir et blanc lorsque l'affichage avec niveaux de gris n'est pas recherché.
En particulier, ces nouveaux moyens peuvent permettre d'améliorer significativement la définition optique des pixels lors de 20 l'adressage d'un afficheur bistable multiplexe, en réduisant les effets de bords affectant la commutation. Ils peuvent également permettre de réduire significativement les défauts de non-uniformité affectant les images présentées par ces afficheurs. De plus, ces nouveaux moyens permettent l'obtention de niveaux de gris maîtrisés et uniformes sur 25 l'ensemble de l'afficheur. ETAT DE LA TECHNIQUE
Plusieurs dispositifs bistables à cristaux liquides nématiques ont déjà été proposés.
L'un deux auquel s'applique tout particulièrement la présente 30 invention est connu sous la dénomination "BiNem".
Les afficheurs bistables à cristal liquide nematique à cassure d'ancrage dont deux textures stables diffèrent par une torsion de 180°, dénommés « BiNem », sont décrits dans les documents [1] et [2]. Un afficheur BiNem, selon ce procédé est constitué d'une couche de cristal liquide nematique chiralisé placée entre deux substrats formés de deux lames de verre, l'une "maître" LM, l'autre "esclave" LE. Des électrodes Ele ligne et colonne, disposées respectivement sur chacun des substrats, reçoivent des signaux électriques de commande et permettent d'appliquer sur le cristal liquide nematique un champ électrique perpendiculaire aux surfaces. Des couches d'ancrage CAFO et CAFA sont déposées sur les électrodes. Sur la lame maître, l'ancrage CAFO des molécules de cristal liquide est fort et légèrement incliné, sur la lame esclave, cet ancrage CAFA est faible et à plat ou très légèrement incliné.
Deux textures bistables peuvent être obtenues. Elles diffèrent entre elles par une torsion de ±180° et sont topologiquement incompatibles. On dénomme U une texture uniforme ou faiblement tordue et T une texture tordue. Le pas spontané du nematique est choisi sensiblement égal au quart de l'épaisseur de la cellule, pour rendre les énergies de U et T essentiellement égales. Sans champ il n'existe aucun autre état avec une énergie plus basse : U et T présentent une vraie bistabilité. Sous fort champ électrique une texture presque homéotrope dénommée H est obtenue. Sur la surface esclave, les molécules sont normales à la plaque au voisinage de sa surface, l'ancrage est dit « cassé »: à la coupure du champ électrique, la cellule évolue vers l'un ou l'autre des états bistables U et T (voir figure 1). Lorsque les signaux de commande utilisés induisent un fort écoulement du cristal liquide au voisinage de la lame maître, le couplage hydrodynamique entre la lame maître et la lame esclave induit la texture T. Dans le cas contraire, la texture U est obtenue par couplage élastique, aidé par l'inclinaison éventuelle de l'ancrage faible. Dans la suite on désignera par « commutation » d'un élément d'écran BiNem le fait pour les molécules de cristal liquide de passer par l'état homéotrope (cassure d'ancrage), puis d'évoluer ensuite vers un des deux états bistables U ou T à la coupure du champ électrique. Le couplage hydrodynamique [6] entre lame esclave LE et lame maître LM est lié à la viscosité du cristal liquide. A l'arrêt du champ, le retour à l'équilibre des molécules ancrées sur la lame maître LM crée un écoulement près de celle-ci. La viscosité fait diffuser cet écoulement dans toute l'épaisseur de la cellule en moins d'une microseconde . Si l'écoulement est assez fort près de la lame esclave LE, il y incline les molécules dans la direction qui induit la texture T ; elles tournent en sens inverse sur les deux lames. Le retour à l'équilibre des molécules près de la lame esclave LE est un deuxième moteur de l'écoulement, il le renforce et aide au passage homogène du pixel en texture T. Ainsi le passage de la texture H sous champ à la texture T est obtenu grâce à un écoulement donc un déplacement du cristal liquide dans la direction où est incliné l'ancrage des molécules sur la lame maître LM (voir figure 2).
Le couplage élastique entre les deux lames donne une très légère inclinaison des molécules près de la lame esclave LE, dans la texture H sous champ ; même si le champ appliqué tend à les orienter perpendiculairement aux lames. En effet l'ancrage fort incliné de la lame maître LM maintient inclinées les molécules adjacentes. L'inclinaison près de la lame maître LM est transmise par l'élasticité d'orientation du cristal liquide jusqu'à la lame esclave LE; sur celle-ci la force de l'ancrage et une éventuelle inclinaison de celui-ci amplifie l'inclinaison des molécules. [7]. Quand, à l'arrêt du champ, le couplage hydrodynamique est insuffisant pour lutter contre l'inclinaison résiduelle des molécules près de la lame esclave LE, les molécules près des deux lames reviennent à l'équilibre en tournant dans le même sens : la texture U est obtenue. Ces deux rotations sont simultanées elles induisent des écoulements en sens inverse qui se contrarient. Le débit total est nul. Il n'y a donc pas de déplacement global du cristal liquide pendant le passage de la texture H à la texture U. Les afficheurs BiNem sont le plus souvent des écrans matriciels formés de n x m pixels, réalisés à l'intersection de bandes conductrices perpendiculaires déposées sur les substrats maître et esclave. L'application de signaux de multiplexage permet, par la combinaison de signaux ligne et colonne, de sélectionner l'état final des nxm pixels de la matrice : la tension appliquée au pixel pendant le temps de sélection de la ligne forme une impulsion qui, dans une première phase, casse l'ancrage, puis dans une seconde phase, détermine la texture finale du pixel. Typiquement, à la demande, pendant cette seconde phase, la tension appliquée soit s'arrête brusquement en provoquant une chute de tension suffisante pour induire la texture tordue T, soit descend progressivement, éventuellement par plateaux, et crée la texture uniforme U. L'excursion de la tension pixel déterminant la rapidité de la chute de tension est généralement faible. Elle est réalisée par des signaux de multiplexage dits « de colonne » et contient l'information d'image. L'excursion des tensions pixels permettant la cassure de l'ancrage est plus élevée. Elle est réalisée par des . signaux de multiplexage dits « de ligne » et est indépendante du contenu de l'image. Dans la suite, on appelle lignes les électrodes de l'afficheur permettant d'appliquer les signaux « de ligne », et colonnes les électrodes permettant l'application des tensions « de colonne ». L'application des signaux de multiplexage permet de sélectionner la texture de tous les pixels d'une ligne, en balayant successivement chaque ligne de l'écran, et en appliquant simultanément les signaux colonnes déterminant l'état de chaque pixel de la ligne sélectionnée.
Optiquement, les deux états U et T sont très différents et permettent d'afficher des images en noir et blanc avec un contraste supérieur à 100. LIMITATIONS PRESENTEES PAR LES AFFICHEURS BINEM REALISES SELON LΕTAT DE LA TECHNIQUE
On constate expérimentalement, dans certaines circonstances, des défauts de commutation sur des afficheurs bistables Binem noirs et blancs réalisés selon l'état de l'art antérieur à la présente invention. L'observation à fort grossissement des pixels montre parfois la présence de textures parasites à proximité des bords des pixels. Cet effet de bord peut dégrader significativement la commutation des pixels, la définition des images et leur contraste. D'autre part, il est difficile d'obtenir une excellente uniformité d'image lorsque l'afficheur est multiplexe. La dispersion des tensions de seuil sur la surface de l'afficheur excède parfois la latitude de réglage autorisée par les signaux de multiplexage. ETUDE EXPERIMENTALE DES DEFAUTS DE COMMUTATION DES PIXELS ADRESSES
La présente invention résulte des expérimentations suivantes qui sont l'aboutissement de longues études fondées sur les premières constatations de défaut précités. Plusieurs afficheurs BiNem semblables à ceux proposés par la publication [1] ont été réalisés, afin d'identifier les causes des effets de bord et d'en rechercher une solution. 2 types de véhicules de test ont été réalisés, l'un possédant 4x4 pixels, l'autre 160x160 pixels. Description de l'afficheur BiNem 4 lignes X 4 colonnes réalisé suivant l'état de la technique
Les premiers afficheurs BiNem réalisés pour l'étude des effets de bord sont constitués d'une couche de cristal liquide nematique chiralisé placée entre deux substrats constitués de lames de verre. Des électrodes ligne Ll, L2, L3 et L4 et colonne Cl, C2, C3 et C4, disposées respectivement sur chacun des substrats, reçoivent des signaux électriques de commande et permettent d'appliquer sur le cristal liquide nematique un champ électrique perpendiculaire aux surfaces. Des couches d'ancrage sont déposées sur les électrodes. Sur la lame maître, l'ancrage des molécules de cristal liquide est fort et légèrement incliné, sur la lame esclave, il est faible et à plat.
De manière classique, ces couches d'ancrage sont brossées pour déterminer l'orientation et l'ancrage des molécules de cristal liquide.
Cet afficheur bistable BiNem comporte quatre électrodes colonne et quatre électrodes ligne, disposées respectivement sur les substrats maître LM (ancrage fort) et esclave LE (ancrage faible), et définissant au total 16 pixels . La largeur des électrodes est d'environ 2 mm, leur longueur environ 10 mm, et l'isolement entre deux électrodes est d'environ 0.05 mm. L'afficheur est placé entre deux polariseurs linéaires, l'ensemble étant observé en transmission au moyen d'un dispositif d'éclairage arrière. Les axes des polariseurs sont approximativement croisés entre eux, et orientés à environ 45° de la direction commune d'alignement des couches d'ancrage. Dans cette configuration, la transmission optique de la texture U (uniforme ou faiblement tordue) est élevée. La texture U est passante (elle apparaît claire.) La transmission optique de la texture T (tordue) est faible. La texture T est non-passante (elle apparaît sombre.). Cet afficheur BiNem est prénommé AB4. L'afficheur BiNem selon l'état de la technique possède la direction de brossage parallèle aux électrodes ligne (les directions de brossage de la lame maître LM et de la lame esclave LE sont parallèles mais opposées).
Un afficheur BiNem AB4 avec un brossage « parallèle » tel qu'illustré figure 3 a été réalisé pour une première caracterisation des effets de bords. Nous prénommons cet afficheur AB4para. Commutation d'un afficheur Binem 4x4 réalisé selon l'état de la technique Commutation des pixels par adressage simultané (mode non multiplexe) Les électrodes ligne et colonne de AB4para sont connectées à une électronique de commande. Dans une première expérience, les quatre lignes (notées Ll, L2, L3 et L4) de l'afficheur sont connectées entre elles à un même potentiel noté VL, et les quatre colonnes (notée Cl, C2, C3 et C4) reliées à un même potentiel noté Vc. On applique alors entre VL et Vc une différence de potentiel.
Le signal appliqué est un signal de commande à deux niveaux de tension, comme illustré sur la figure 4, à savoir une tension de niveau VI supérieure à la tension seuil de cassure d'ancrage pendant une première phase de cassure d'ancrage de durée Tl, puis une tension de niveau V2 pendant une seconde phase de sélection de durée T2, capable d'induire soit la texture T, soit la texture U, en fonction de la tension V2 appliquée. Il s'agit donc d'un adressage en mode non multiplexe. L'ensemble des 16 pixels de AB4para commute simultanément après application du signal de commande, soit dans la texture U (figure 5a), soit dans la texture T (figure 5b), en fonction de la tension V2 appliquée. L'état de la figure 5a (U) est obtenu avec VI = 15V, V2 = 9V et
Tl = T2 = 1ms. L'état de la figure 5b (T) est obtenu avec VI = V2 = 15V et Tl = T2 = 1ms. Observation des images en mode non multiplexe
On peut voir sur la figure 5 que les pixels commutent de manière uniforme, sur toute leur surface. La parfaite commutation en T des pixels prouve que le déplacement du cristal liquide s'y opère correctement à proximité immédiate de l'interpixel.
Cette zone non adressée de faible largeur ne présente donc pas un obstacle à sa traversée par le flux de cristal liquide, probablement du fait de sa très faible largeur (0.05 mm), alors que le cristal liquide est mis en mouvement de part et d'autre par les pixels adressés en T. Commutation des pixels par adressage en mode multiplexe
L'afficheur AB4para réalisé précédemment est connecté dans une seconde expérience à une électronique générant des signaux de multiplexage usuels du BiNem (semblables à ceux décrits par le document [3]) par exemple tel qu'illustré sur la figure 6. Dans notre exemple la durée du signal colonne te est égale à T2. Les 4 électrodes lignes Ll à L4 et les 4 électrodes colonnes Cl à C4 de l'afficheur sont maintenant reliées chacune à l'une des 8 voies d'une carte électronique CE, comme schématisé sur la figure 7. Une seule ligne est sélectionnée à la fois : le signal de sélection ligne est appliqué successivement aux quatre lignes de l'afficheur, dans l'ordre suivant : d'abord la ligne L4, puis L3, puis L2, puis Ll. Les signaux colonne sont appliqués simultanément aux 4 électrodes colonne de l'afficheur en coïncidence temporelle avec la fin de chacun des signaux ligne, tel que cela est décrit dans le document [3]. Les pixels commutent alors dans la texture U ou T en fonction des tensions appliquées aux colonnes comme illustré sur la figure 8. Pour faciliter les observations en évitant d'éventuels effets de mémorisation, l'afficheur est placé dans un état initial T par un adressage simultané de tous les pixels avant application des signaux de multiplexage. On ajuste les paramètres des signaux de commande pour permettre une commutation optimale des pixels.
Trois images sont affichées : une image entièrement T illustrée sur la fig. 8a (obtenue avec VIL = 15V, V2L = 11V et Vc = -3V), une image entièrement U illustrée sur la fig. 8b (obtenue avec VIL = 15V, V2L = 11V et Vc = +3V), ou un motif constitué de 9 pixels T et 7 pixels U illustré sur la fig. 8c (obtenue avec VIL = 15V, V2L = 11V et Vc = +/- 3 V). Analyse des défauts de commutation en mode multiplexe
On observe l'afficheur après l'adressage de ces 3 images : on constate l'apparition de défauts de bord sur certains des pixels T.
Les défauts de bord consistent en une texture U parasite sur les extrémités du pixel dans la direction du brossage. Ils concernent tous les pixels adressés en T adjacents à un pixel adressé en U. La texture parasite U est présente dans le pixel T sur une longueur d'environ 0.1 mm (voir figure 9).
L'observation montre que les pixels U ne sont pas affectés, ni les pixels T adjacents à d'autres pixels T. Incidence des défauts sur un afficheur BiNem à haute résolution
Le défaut de commutation précédemment décrit peut considérablement gêner la réalisation d'afficheur bistable de haute résolution. En particulier, il perturbe le fonctionnement d'afficheurs BiNem couleur. En effet, un afficheur couleur comporte trois fois plus de pixels élémentaires qu'un afficheur noir et blanc de résolution équivalente, et le petit coté des pixels élémentaires qui le compose est alors fréquemment inférieur à 0.1 mm pour les produits commerciaux • courants. Avec un tel pixel, la taille du défaut de bord deviendrait équivalente à celle du pixel tout entier, ce qui n'est pas admissible. Commutation d'un afficheur Binem 160x160 réalisé selon l'état de la technique
Description d'un afficheur BiNem 160 lignes x 160 colonnes réalisé selon l'état de la technique Un afficheur BiNem avec une définition de 160 lignes x 160 colonnes a été réalisé afin d'évaluer l'amplitude du défaut de commutation sur de plus petits pixels. La largeur des électrodes ligne El (sur la lame esclave) de ce dispositif est d'environ 0.3 mm, leur longueur environ 55 mm, et l'isolement entre deux électrodes est d'environ 0.015 mm. Les dimensions des électrodes colonne Ec (sur la lame maître) ont les mêmes caractéristiques que El (largeur, longueur, isolement) . La direction de brossage est parallèle aux électrodes ligne. Les directions de brossage des lames maître et esclave sont parallèles mais opposées, L'afficheur est muni d'un réflecteur arrière, d'un polariseur avant et d'un dispositif d'éclairage avant pour fonctionner en mode réflectif : la texture T est passante (elle apparaît claire), la texture U est non passante (elle apparaît sombre).
Une électronique de pilotage adaptée, délivrant 160 signaux ligne et 160 signaux colonne, complète le dispositif et permet l'adressage en mode multiplexe de l'afficheur.
Analyse des défauts de commutation de l'afficheur BiNem 160 lignes x 160 colonnes en mode multiplexe
Comme dans le cas précédent, l'observation des pixels sous fort grossissement montre la présence de défauts de bord.
Ces défauts de bord consistent également en une texture U parasite sur les extrémités gauche et droite, dans la direction du brossage, de tous les pixels adressés en T adjacents à un pixel adressé en U (voir figure 10) Ce défaut n'apparaît qu'en mode multiplexe. Il donne une impression visuelle de colonnes mal définies, ayant tendance à déborder. La texture U parasite s'étend sur environ 0. 08 mm. ETUDE THEORIQUE DE L'ORIGINE DES DEFAUTS DE COMMUTATION DES AFFICHEURS BINEM REALISES SELON L'ETAT DE LA TECHNIQUE Après de nombreuses études, manipulations et expérimentations, les inventeurs ont interprété l'inhibition précédemment décrite de la sélection de la texture T à la bordure gauche et droite des pixels dans le sens de l'écoulement hydrodynamique du cristal liquide, sur un afficheur classique, comme un amortissement rapide du déplacement de cristal liquide aux limites du pixel au cours de la commutation en T.
Le flux de cristal liquide au bord du pixel, qui se déplace selon la direction d'alignement, est perturbé par les zones adjacentes qui ne commutent pas simultanément vers la même texture. Dans ces zones, le déplacement de cristal liquide est très réduit. Cette réduction du flux de cristal liquide en bordure de pixel réduit le couplage hydrodynamique entre lames maître et esclave, et interdit la commutation en T des zones du pixel où le flux de cristal liquide devient trop faible.
Plus précisément, la texture T est obtenue quand, à l'arrêt du champ électrique, l'écoulement au voisinage de la lame esclave crée un couple hydrodynamique de cisaillement opposé à celui exercé par l'ancrage et plus fort en module que celui-ci. A cet instant, le couple élastique de l'ancrage est non nul, il correspond à l'angle d'inclinaison résiduel sous champ et tend à induire la texture U. Le cisaillement hydrodynamique est proportionnel au gradient de vitesse au voisinage de la lame esclave.
On note (voir figure 11) v la vitesse du cristal liquide dans le pixel, t le temps, xyz un repère orthonormé. Les lames maîtres et esclaves sont parallèles au plan xy et la direction d'alignement est dans le sens de x. x=0 définit le bord du pixel, que l'on suppose indéfiniment étendu vers les x négatifs. z=0 définit le plan de la lame esclave LE, z= d (épaisseur de la cellule) définit le plan de la lame maître LM. La vitesse obéit à une équation de diffusion :
Figure imgf000013_0001
où 77 est la viscosité du cristal liquide et p sa densité. Comme η ≈ 0,1 Pa.s et p ≈103 kg/m3, le temps de propagation de la vitesse d'une lame à l'autre sur une distance d ≈ lμm est τ ≈ 10 ns. Ce temps est absolument négligeable par rapport aux temps d'orientation des cristaux liquides. On peut donc considérer que le gradient de vitesse au voisinage de la lame esclave LE, donc le couple hydrodynamique de cisaillement, ne dépend du temps que comme v0, la vitesse près de la lame maître LM :
^__- = ___ dz d Lorsque la vitesse près de la lame maître atteint ou dépasse une vitesse critique, le centre du pixel passe en texture T. Dans le cas contraire, le centre du pixel passe dans l'état U.
La situation est différente au bord du pixel. On va considérer le cas d'un bord de pixel orienté parallèlement à l'écoulement, puis le cas d'un bord de pixel orienté perpendiculairement à l'écoulement.
Si le bord est orienté parallèlement à l'écoulement, le cristal liquide près de ce bord, mais à l'extérieur du pixel, est entraîné par l'écoulement près de ce bord à l'intérieur du pixel. Réciproquement l'écoulement à l'intérieur est ralenti. Cependant le couplage selon la direction y perpendiculaire au bord est visqueux comme le couplage selon la direction z qui lance l'écoulement à partir de la lame maître. L'équation de ces couplages est une équation de Laplace donc l'effet ne sera visible dans le pixel et à l'extérieur que sur une bande dont la largeur est proche de l'épaisseur d, soit un micron de part et d'autre. Un facteur correctif apparaît à cause de l'anisotropie des viscosités des cristaux liquides et de la différence d'orientation des molécules entre l'intérieur et l'extérieur du pixel. Dans cette bande étroite l'écoulement est moins fort et la texture T doit être difficile à obtenir. Cependant les effets électriques de bord d'électrode ou des défauts d'orientation mécaniques existent au même endroit et sur une bande de la même largeur car ces effets sont aussi solutions d'équations de Laplace; ils peuvent masquer la baisse de l'efficacité de l'écoulement.
Sur . le bord d'un pixel orienté perpendiculairement à l'écoulement, le débit de matière sortant ou entrant dans le pixel ne trouve sa place qu'en comprimant ou dilatant le cristal liquide dans une bande de part et d'autre du bord. Cette contrainte augmente avec le temps, elle peut devenir assez forte pour déformer les lames de verre.
Les premières microsecondes de l'écoulement sont décisives pour la commutation de la texture. A température ambiante, les simulations montrent que 10 μs environ après l'arrêt du champ les molécules ont commencé à basculer irréversiblement dans le sens donnant la texture T, ou dans le sens opposé donnant la texture U. Un temps de cet ordre est assez court pour que l'on puisse considérer les lames de verre comme infiniment raides : seul le liquide se comprime. Il est aussi assez long pour négliger les termes d'inertie. L'équation de diffusion de la vitesse peut alors s'écrire :
Figure imgf000014_0001
où η est la viscosité du cristal liquide, χ sa compressibilité et ξ le déplacement élémentaire de la couche de cristal liquide à la hauteur z. Les conditions aux limites sont v=0 pour z=0 (la vitesse est nulle sur la lame esclave.) Près de la lame maître dans le pixel v=v0 (pour z-d et x < 0) et à l'extérieur v=0 (pour z=d et x > 0). En tenant compte de la géométrie des conditions aux limites la solution de cette équation ne dépend que de deux variables, elle est de la forme :
Figure imgf000014_0002
où v0 est arbitraire, c'est la vitesse induite par la rotation des molécules près de la lame maître. x0 est l'échelle en x. La figure 12 présente la fonction f(x/x0) donc la vitesse au bord d'un pixel en fonction de la distance à ce bord. Cette vitesse est tracée pour la lame maître, et pour 9 positions en z entre lame maître et lame esclave. L'échelle en x/x0 va de -Λ/2 à V2. Pour un cristal liquide classique η/χ=0,l ns, si la cellule a une épaisseur c/=lμm, au temps t=5μs, les bords du graphique sont à ±300 μm. Dans le pixel, à 300μm les vitesses sont celles du centre du pixel, elles restent proportionnelles à la distance depuis la lame esclave. À -100 μm du bord la vitesse près de la lame esclave est réduite de 25%, le gradient est réduit dans les mêmes proportions, la commutation en T peut être impossible. Remarquons que juste au bord du pixel, la vitesse générée par la lame maître est divisée par 2 à tout instant. À 100 μm du bord de pixel à l'extérieur de celui-ci on retrouve un écoulement de Couette. Le signe de la vitesse n'intervient pas sur le profil des vitesses, l'écoulement sortant a le même effet que celui entrant dans le pixel.
En conclusion pendant le temps où la chute des molécules sur la lame maître commande la commutation son mouvement est transmis intégralement sur la lame esclave sauf sur une bande de largeur environ lOOμm le long des bords de pixels perpendiculaires à l'écoulement.
Les équations sont linéaires dans ce cas simple où la viscosité est considérée comme isotrope. La solution d'un problème plus compliqué se construit en ajoutant les solutions simples.
Par exemple si deux pixels se suivent selon l'axe x et commutent au même instant de l'état H vers l'état T, les écoulements s'ajoutent, comme la distance interpixel est inférieure à lOOμm la commutation en T est obtenue près des deux bords en regard. Cet exemple se rencontre dans les expériences précédentes où la direction de brossage D2 et la direction Dl des électrodes lignes coïncident :entre deux pixels passant en T sur la même ligne donc au même instant il n'apparaît pas de bande en U.
Un exemple très intéressant pratiquement correspond à la commutation d'un pixel en T s'il est isolé ou si le pixel qui le suit dans le sens de l'écoulement commute en U au même instant. La courbe de la figure 12 montre que la vitesse transmise à la lame esclave LE est divisée par deux au bord du pixel considéré, car il n'y a pas d'écoulement dans le pixel adjacent. Si le signal électrique est ajusté pour faire commuter le milieu du pixel, son bord passera en U. Cet exemple se rencontre dans les expériences précédentes, au bord du pixel en T adjacent à un pixel en U sur la même ligne donc ayant commuté au même instant, apparaît une bande en U. On comprend l'apparition des bandes dans les deux expériences précédentes où la direction de brossage D2 et la direction Dl des électrodes lignes coïncident. Cette disposition favorise le couplage de pixels voisins en cours d'adressage par un même flux de cristal liquide, car les pixels partageant une électrode ligne commune sont adressés simultanément. Incidence sur la réalisation de niveaux de gris Cet exemple présente un autre intérêt : si les pixels fonctionnent indépendamment, il est possible d'ajuster le signal électrique pour faire commuter en T une partie du pixel et obtenir ainsi des teintes de gris par variation progressive de la surface commutée du pixel. A partir d'un seuil de vitesse sur la lame maître LM le milieu du pixel commute en T, une bande d'environ 0,1mm sur les bords commute en U. Nettement au dessus du seuil tout le pixel commutera en T.
On a vu que la texture T est obtenue partout où le cisaillement, donc la vitesse du déplacement du cristal liquide excède une certaine valeur critique lorsque la texture H est relâchée. Dans le cas d'un afficheur à niveau de gris, il est important que l'état optique final de chaque pixel, défini par le rapport entre la surface occupée par la texture T et la surface totale du pixel, puisse être contrôlé précisément pour chacun des pixels de l'écran. Faute de quoi, l'uniformité d'affichage d'une image pour un niveau de gris donné laisserait à désirer (en d'autres termes, le nombre de niveaux de gris distincts effectivement disponibles serait réduit.)
Dans le cas de l'orientation parallèle, le déplacement du cristal liquide s'effectue le long des lignes, les électrodes de la lame maître LM. On a vu que la vitesse de déplacement donnant l'état T n'est pas affectée lorsqu'un pixel voisin dans le sens de l'écoulement est adressé pour commuter également en T. Par contre, cette vitesse est localement réduite sous une valeur critique aux frontières avec d'éventuels pixels voisins adressés pour commuter en U. Il découle de ce qui précède une difficulté immédiate pour obtenir des niveaux de gris uniforme en orientation parallèle : tous les pixels de la ligne doivent être adressés dans le même état T, autrement l'état de commutation d'un pixel T voisinant un pixel U serait défectueux, au sens de son niveau de gris, du fait de la présence d'une zone parasite U au voisinage de sa frontière avec le pixel adressé en U.
Il est clair qu'une telle contrainte est inacceptable pour l'affichage à niveaux de gris. Un afficheur BiNem à orientation parallèle n'est donc pas adapté à l'affichage à niveaux de gris, du moins dans le cas des petits pixels (par exemple de coté inférieur à 1 mm), pour lesquels la surface de la texture parasite U de bord de pixel est significative. BASE DE L'INVENTION
Pour palier les inconvénients inhérents à l'état de la technique, la présente invention propose un dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide nematique bistable dans lequel le passage dans l'un au moins des deux états bistables est opéré par déplacement du cristal liquide parallèlement aux surfaces du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comprend un système d'adressage des différents éléments de l'afficheur, tel qu'il ne commute pas simultanément deux éléments contigus situés dans le sens de l'écoulement de la matière, et permette ainsi un meilleur contrôle des écoulements aux bords de pixel.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention :
- les lignes adressées du dispositif sont inclinées par rapport au sens de l'écoulement du cristal liquide, avantageusement perpendiculaires à ce sens,
- le sens d'orientation des molécules de cristal liquide est incliné par rapport aux lignes adressées, avantageusement perpendiculaires à celles-ci, - l'orientation des molécules est obtenue à l'aide de l'un des moyens choisis dans le groupe comprenant : un brossage, une couche de polymère activée sous lumière polarisée, un dépôt orienté par évaporation sous vide, un réseau, - le dispositif est de type affichage BiNem, (Cependant il peut s'appliquer également à tout afficheur à cristaux liquides utilisant les effets hydrodynamiques pour la commutation entre textures).
Selon encore d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention, le dispositif conforme à la présente invention comprend des moyens aptes à appliquer des signaux de commande adaptés pour contrôler l'intensité du déplacement du cristal liquide et contrôler progressivement l'étendue de l'un des deux états stables à l'intérieur de chacun des pixels, afin de générer des niveaux de gris contrôlés à l'intérieur de chacun de ceux-ci.
Les moyens précités peuvent procéder par modulation de différents paramètres des signaux de commande, et notamment le niveau de tension des signaux de colonne et/ou la durée, et/ou la phase de ceux-ci. La présente invention concerne également un procédé d'affichage à l'aide d'un dispositif matriciel à cristal liquide nematique bistable dans lequel le passage dans l'un au moins des deux états bistables est opéré par déplacement du cristal liquide parallèlement aux surfaces du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'adressage des différents éléments de l'afficheur à l'aide de signaux électriques tels que le dispositif ne commute pas simultanément deux éléments contigus situés dans le sens de l'écoulement de la matière. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 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 illustre schématiquement le principe de fonctionnement d'un afficheur de type BiNem, - la figure 2 représente l'écoulement hydrodynamique présent dans la cellule lors d'une coupure brutale du champ électrique,
- la figure 3 représente schématiquement un afficheur BiNem 4 lignes x 4 colonnes conforme à l'état de la technique et illustre en particulier la Direction Dl des électrodes lignes et la direction parallèle D2 de brossage,
- la figure 4 représente schématiquement des signaux de commande classiques pour la commutation simultanée des pixels de cet afficheur, - la figure 5a représente l'état résultant de l'afficheur dans la texture U,
- la figure 5b représente l'état résultant de l'afficheur dans la texture T,
- la figure 6 représente les signaux de multiplexage d'un afficheur BiNem matriciel.
- la figure 7 schématise un montage de test avec signaux de multiplexage sur le même afficheur conforme à l'état de la technique,
- la figure 8a représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande des 16 pixels à l'état T,
- la figure 8b représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande des 16 pixels en l'état U, - la figure 8c représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande de 9 pixels à l'état T et 7 pixels à l'état U,
- la figure 9 représente le détail des défauts de bord de pixel, à gauche et à droite d'un pixel dans le sens de la direction de brossage,
- la figure 10 représente un défaut de commutation à gauche et à droite sur des pixels d'un afficheur 160 lignes x 160 colonnes,
- la figure 11 représente la vitesse v du cristal liquide dans le repère xyz
- la figure 12 représente la vitesse v du cristal liquide à un instant, à différentes positions entre la lame esclave et lame maître, en fonction de la distance x au bord du pixel, - la figure 13 représente schématiquement un afficheur BiNem 4 lignes x 4 colonnes conforme à la présente invention et illustre en particulier la direction Dl des électrodes lignes et la direction orthogonale D2 de brossage,
- la figure 14a représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande de 16 pixels à l'état T,
- la figure 14b représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande de 16 pixels à l'état U, - la figure 14c représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande de 8 pixels à l'état T et 8 pixels à l'état U,
- la figure 15 représente le détail des défauts de bord de pixel, à gauche et à droite d'un pixel dans le sens de la direction de brossage, pour une direction, de brossage D2 perpendiculaire à la direction Dl des électrodes ligne,
- la figure 16 représente schématiquement un afficheur BiNem 4 lignes x 4 colonnes conforme à une variante de la présente invention et illustre en particulier la direction Dl des électrodes lignes et la direction D2 à 45° de brossage,
- la figure 17a représente l'état résultant de ce dernier afficheur pour une commande de 16 pixels à l'état T,
- la figure 17b représente l'état résultant de ce même afficheur pour une commande de 16 pixels à l'état U, - la figure 17c représente l'état résultant de l'afficheur pour une commande de 9 pixels à l'état T et 7 pixels à l'état U,
- la figure 18 représente le détail des défauts de bord de pixel visualisés sur cet afficheur,
- la figure 19 représente l'avantage géométrique obtenu avec un afficheur selon l'invention, en comparant un effet de bord « gauche- droite » conforme à l'état de la technique illustré sur la figure 19a avec un effet de bord « haut-bas » conforme à la présente invention illustré sur la figure 19b,
- la figure 20 représente sous forme d'une courbe de réponse électrooptique le pourcentage de texture T d'un afficheur en fonction de la tension V2 illustrée sur la figure 4,
- la figure 21 représente 6 états optiques des pixels d'un afficheur 160x480 selon l'état de l'art obtenus en appliquant des tensions colonne successives Vc de -0.4V , -0.8V ; -IV ; -1.4V ; -1.6V ; -2V , - la figure 22 représente 4 états optiques des pixels d'un afficheur 160x480 selon l'état de l'art obtenus en appliquant des impulsions colonne de durées variables, respectivement de lOOμs, 200μs, 300μs, et 500μs, - la figure 23 représente les paramètres du signal colonne susceptibles d'être modulés pour la réalisation de niveaux de gris par « effet rideau » selon l'invention, plus précisément sur la figure 23 la première ligne représente une signal de ligne n, la deuxième ligne représente un signal de ligne n+1, la troisième ligne référencée « a » évoque la modulation de l'amplitude Vc du signal colonne, la quatrième ligne référencée « b » évoque la modulation de la durée Te du signal colonne et la cinquième ligne référencée « c » évoque la modulation de la phase, caractérisée par ΔTc, du signal colonne, - la figure 24 représente le principe de réalisation des niveaux de gris selon l'invention,
- la figure 25 représente 8 états optiques des pixels d'un afficheur 160x480 conforme à la présente invention obtenus en appliquant des tensions colonne successives Vc de -3,6V, -2,8V, -1,8V, -0,8V, -0,6V, - 0,5V, -0,4V et -0,2V avec les signaux définis en table III,
- la figure 26 représente la courbe de la réponse optique d'un afficheur conforme à la présente invention, en fonction de la tension colonne Vc pour la température de 26,4°C,
- la figure 27 représente 8 états optiques des pixels d'un afficheur 160x480 conforme à la présente invention obtenus en appliquant des impulsions colonne de durées variables, respectivement de 400μs, 600μs, 650μs, 700μs, 750μs, 800μs, 850μs et 900μs,
- la figure 28 représente la courbe de la réponse optique d'un afficheur conforme à la présente invention en fonction de la durée de l'impulsion colonne pour la température ambiante 26,4°C,
- la figure 29 représente 6 états optiques des pixels d'un afficheur 160x480 conforme à la présente invention brossé à 60° de la direction des électrodes lignes en fonction de la tension colonne Vc, pour 6 tensions respectivement de -1,2V ; -2,8V ; -2,9V; -3,1V ; -3,2V et - 3,4V.
- la figure 30 représente un exemple de signaux ligne d'un afficheur BiNem adressé par un mode en deux étapes selon l'invention, plus précisément la figure 30 illustre l'exemple d'un signal Vsimul de type « passage en T » monoplateau et de signaux de multiplexage biplateaux,
- la figure 31 représente un exemple de signaux ligne d'un afficheur BiNem adressé par un mode en deux étapes selon l'invention, plus précisément la figure 31 illustre l'exemple d'un signal Vsimul de type « passage en U » biplateaux et de signaux de multiplexage biplateaux,
- la figure 32 représente un exemple de signaux ligne d'un afficheur BiNem adressé par un mode en deux étapes selon l'invention, plus précisément la figure 32 illustre l'exemple d'un signal Vsimul de type « passage en T » monolateau et de signaux de multiplexage monoplateau,
- la figure 33 représente un exemple de signaux ligne d'un afficheur BiNem adressé par un mode en deux étapes selon l'invention, plus précisément la figure 33 illustre l'exemple d'un signal Vsimul de type « passage en U » à rampe et de signaux de multiplexage monoplateau,
- la figure 34 représente un afficheur BiNem 4x4 pixels commandé à l'aide de signaux ligne conformes à la figure 33, sur cette figure 34 la texture U est passante (claire) tandis que la texture T est non passante (sombre), - la figure 35 représente la courbe de réponse optique en fonction de la tension du signal appliqué au pixel pour des signaux de commande du type illustré sur la figure 33,
- la figure 36 représente des modalités d'obtention de niveaux de gris par « effet rideau » en mode multitrame, - la figure 37 représente un afficheur BiNem 160x160, avec un damier où sur chaque ligne alterne un carré blanc et un carré dont la teinte correspond à un niveau de gris, ainsi que le zoom sur les carrés correspondant aux 8 niveaux inscrits,
- la figure 38 représente un agrandissement de quelques pixels de l'afficheur de la figure 37,
- la figure 39 représente la réponse optique associée à chaque niveau de gris de la figure 37, - la figure 40 illustre deux sens de balayage possible pour un afficheur BiNem brossé à 90° : l'un dans la même direction que l'écoulement hydrodynamique, l'autre en sens " inverse de l'écoulement hydrodynamique, et - la figure 41 représente l'influence du sens de balayage de l'afficheur sur l'obtention des effets de bord permettant de réaliser des gris ou « effet rideau ».
On va maintenant expliciter plus en détail l'invention en regard des figures 13 et suivantes. Dans le cas d'un BiNem tel que décrit précédemment, le moyen d'empêcher que 2 éléments contigus dans le sens de l'écoulement de la matière ne commutent simultanément est de différencier la direction des molécules de cristal liquide (qui définit la direction de l'écoulement) de la direction des électrodes ligne de l'afficheur (qui définit les pixels qui vont commuter simultanément).
Différents prototypes d'afficheurs BiNem selon l'invention caractérisés par une direction de brossage nettement distincte de la direction des électrodes ligne ont été réalisés. Afficheur BiNem brossé à 90° de la direction des électrodes ligne Un afficheur de 4 lignes x 4 colonnes similaire à celui de la première réalisation (illustrée sur la figure 3) a été fabriqué selon la technologie générale dite BiNem. L'angle entre la direction de brossage D2 et la direction des électrodes ligne Dl a été porté à 90°. Cet afficheur est illustré sur la figure 13. La direction de brossage de la lame maître et de la lame esclave sont identiques.
On dénomme « afficheur BiNem orthogonal » ce nouveau type d'afficheur BiNem. L'afficheur AB4 réalisé selon l'invention est référencé AB4ortho sur la figure 13.
L'afficheur AB4ortho a ensuite été relié à la même électronique de commande CE que celle du premier dispositif expérimental. Il est ensuite adressé en mode multiplexe. Observation des images en mode multiplexe L'afficheur étant placé dans le même dispositif optique que précédemment, on l'observe après l'adressage des 3 mêmes images.
Cette fois ci, on constate l'apparition de défauts de bord sur tous les pixels T (voir figure 14). La figure 14a qui correspond à 16 pixels T est obtenue avec VIL
= 15V, V2L = 11V et Vc = -3V.
La figure 14b qui correspond à 16 pixels U est obtenue avec VIL = 15V, V2L = 11V et Vc = +3V.
La figure 14c qui correspond à 8 pixels U et 8 pixels T est obtenue avec VIL = 15V, V2L = 11V et Vc = +/- 3V.
Analyse des défauts de commutation en mode multiplexe
Les défauts de bord consistent en une texture U parasite, s'étendant sur une longueur typique de 0.1 mm de part et d'autre des extrémités dans la direction du brossage (maintenant haut et bas par rapport à la direction des lignes) , de tous les pixels T (voir figure 15).
Les pixels U ne sont pas affectés.
Le fait que l'effet de bord affecte tous les pixels en T indépendamment de la commutation des pixels voisins est un avantage par rapport à l'état de la technique, car on obtient un aspect visuel uniforme et maîtrisé. Par ailleurs, en decorrellant l'effet de bord du signal ligne, on s'ouvre la possibilité lors de la réalisation de gris de maîtriser la proportion de U et de T de manière identique sur tous les pixels.
Afficheur BiNem brossé à 45° de la direction des électrodes ligne Dans cette réalisation, un angle de 45° est introduit entre la direction de brossage D2 et la direction des électrodes ligne Dl. Cet appareil est schématisé sur la figure 16.
L'afficheur a ensuite été relié à la même électronique de commande CE que celle du dispositif initial, avec adressage en mode multiplexe.
Observation des images en mode multiplexe
Les images obtenues de manière similaire figurent sur la figure 17. On constate une forte réduction des défauts de bord. La figure 17a qui correspond à 16 pixels T est obtenue avec VIL = 15V, V2L = 12V et Vc = -3V.
La figure 17b qui correspond à 16 pixels U est obtenue avec VIL = 15V, V2L = 12V et Vc = +3V. La figure 17c qui correspond à 9 pixels T et 7 pixels U est obtenue avec VIL = 15V, V2L = 12V et Vc = +/- 3V. Analyse des défauts de commutation en mode multiplexe
Les défauts de bord affectent les deux angles alignés dans la .direction du brossage de tous les pixels adressés en T (figure 18). Les défauts consistent en une texture U parasite, de diamètre typique inférieur à 0.1 mm. La surface de ces défauts est très inférieure à celle constatée sur le dispositif initial.
AVANTAGE GEOMETRIQUE DE L'INVENTION Le fait d'avoir déplacé l'effet de bord par exemple selon la direction « haut-bas » par rapport aux lignes plutôt que selon la direction « gauche -droite » de l'état de l'art permet de minimiser cet effet de bord lorsque les pixels de l'afficheur présentent leur plus grande dimension selon la direction « haut-bas », comme c'est le cas pour les afficheurs couleurs. « Le principe de cet avantage géométrique est illustré sur la figure
19 pour un pixel blanc carré de 290 μm de côté, subdivisé en trois sous pixel (R,V,B). L'effet de bord est supposé pour l'exemple être d'environ 30μm sur chaque bord.
Pour un afficheur selon l'état de la technique dit « parallèle », dès que l'effet de bord devient supérieur à la demi largeur du pixel, la texture parasite U, ici le noir, envahit l'ensemble du pixel (figure 19a) : le passage en T du pixel devient alors impossible.
Pour un afficheur selon l'invention dit « orthogonal », la texture parasite U (noire) reste très minoritaire en proportion par rapport à la texture T, que l'on peut donc obtenir sur une très grande partie du pixel (figure 19b).
AVANTAGE DU CHOIX DU POINT DE FONCTIONNEMENT On définit pour les afficheurs BiNem une courbe électrooptique de référence : L'état optique ou pourcentage de texture T en fonction de la tension V2 telle que représentée sur la figure 4. (document [3]). Cette courbe de référence illustrée sur la figure 20, fournit des indications sur les paramètres à utiliser pour le multiplexage de l'afficheur.
Cette courbe indique que l'on peut multiplexer un afficheur BiNem soit sur le point de fonctionnement « à gauche » (la tension V2 du signal de multiplexage de ligne est affectée à la valeur V2G), soit « à droite » (tension de ligne V2D).
L'homme de l'art comprend en effet qu'en faisant évoluer la tension V2 respectivement d'un côté ou de l'autre de ces 2 points de fonctionnement V2G et V2D, le pourcentage de texture T évolue rapidement entre 100% et 0%, respectivement 0% et 100%. Le point de fonctionnement « à gauche » est toujours préférable en théorie, car il permet d'améliorer l'uniformité d'affichage (amélioration de la pente et réduction de la dispersion des tensions de seuil), de réduire le scintillement de l'écran (par la réduction des tensions colonne) ainsi que la diminution d'une des tensions ligne. Malheureusement, il n'est en général pas exploitable pratiquement sur les afficheurs BiNem classiques.
L'expérience montre que ce point de fonctionnement est pleinement utilisable sur les afficheurs BiNem orthogonaux, ce qui permet de bénéficier des améliorations indiquées. AVANTAGE DU CONTROLE DES NIVEAUX DE GRIS
Il est apparu expérimentalement que l'invention permet en outre d'obtenir une commutation bien contrôlée à niveaux de gris des pixels sur des afficheurs BiNem brossés de manière inclinée vis à vis de la direction des électrodes ligne, par exemple brossés à 90° ou 60° de cette direction.
Réalisation de niveaux de gris selon l'état de l'art antérieur
Le document [8] décrit un mode de réalisation de niveaux de gris par modulation de la tension appliquée au pixel, en maîtrisant la proportion de U et T au sein d'un même pixel, selon l'état de l'art antérieur à la présente invention. On constate expérimentalement qu'en adressage dit « parallèle », les pixels placés dans un état optique intermédiaire présentent une multitude de microdomaines U et T jointifs.
Les photographies des figures 21 et 22 montrent l'évolution de ces microdomaines avec la tension de commande pour un afficheur BiNem 160x480 selon l'état de l'art (brossage dit « parallèle »). La figure 21 correspond au cas où la valeur de la tension colonne varie, la figure 22 correspond au cas où la durée de la tension colonne varie. Les signaux d'adressage utilisés sont typiquement des signaux à trois plateaux dont le schéma est indiqué sur la figure 6. Les valeurs correspondant aux photographies des figure 21 et 22 sont respectivement décrites dans les tableaux I et II.
VIL 18 V V2L 11.2 V Vc -0.4 à -2 V
Tl 1 ms T2 1 ms Te 1 ms Table I : paramètres du signal pixel (figure 21)
Figure imgf000027_0001
Les photographies des figures 21 et 22 montrent que, pour un pixel donné, bien que la proportion moyenne de texture T augmente lorsque Vc décroit, les centres de microdomaines en texture T restent disposés aléatoirement à l'intérieur du pixel. La présence d'un nombre élevé de microdomaines de petite taille n'est pas favorable à la stabilité à terme de l'état de gris obtenu. Réalisation de niveaux de gris selon l'invention Au contraire, dans le cas de l'adressage orthogonal conforme à la présente invention, le pixel est constitué de deux domaines : un domaine T et un domaine U, séparés par un mur rectiligne. La taille élevée des domaines donne une stabilité optimale. Cette frontière se déplace dans le pixel et détermine ainsi un ensemble de niveaux de gris. Ceci est obtenu en contrôlant le flux hydrodynamique à l'intérieur d'un pixel à l'aide des signaux appliqués. Nous appellerons ce mode de réalisation des gris selon l'invention par contrôle de l'effet hydrodynamique « effet rideau ». Dans certains cas, l'effet peut se propager à partir des deux bords opposés plutôt que d'un seul.
Ce phénomène est unique dans le domaine des afficheurs à cristaux liquides. Les effets à cristaux liquides connus donnent en effet une texture homogène à l'échelle d'un pixel, du moins tant que la structure de la cellule et du pixel est homogène et uniforme par construction, ce qui est le cas pour les afficheurs BiNem décrit dans le présent document. Le phénomène décrit dans le cadre de la présente invention est, en ce sens, très différent des niveaux de gris obtenus par remplissage du pixel par des textures microscopiques tel que décrit par le document [5]. Dans cette dernière méthode, une dispersion volontaire est en effet introduite portant sur les caractéristiques d'un des éléments de la structure du pixel ou de l'afficheur.
Dans la présente invention, le pixel est approximativement partagé en deux zones, chacune étant occupée par une des deux textures. La longueur des lignes de disinclinaison ou des murs séparant les textures n'est donc jamais microscopique. Cette situation est propice à l'obtention d'une excellente stabilité de l'extension des textures, donc de l'état optique du pixel.
Les niveaux de gris de l'afficheur réalisés par « effet rideau » conformément à l'invention peuvent être contrôlés par modulation des différents paramètres de commande de l'afficheur. Ces paramètres sont (voir figure 23) :
- paramètres ligne : VIL, VL2 (amplitude des tensions appliquées) !!, T2 (durée des tensions appliquées)
- temps entre deux signaux ligne TL - paramètres colonne : o amplitude Vc (figure 23a) o Durée Te (figure 23b) o Phase ΔTc : la phase du signal colonne est définie figure 23c par le décalage entre les fronts descendants du deuxième plateau du signal ligne et du signal colonne. La valeur de ΔTc peut être positive ou négative. Le paramètre TL (temps qui sépare deux signaux lignes), n'est pas nécessairement variable, mais il doit être optimisé. Selon une variante de l'invention, le signal ligne ne comporte qu'un plateau de valeur VL. Selon cette variante où le signal ligne est monoplateau, VL peut être soit supérieure soit inférieure à la tension de seuil de cassure d'ancrage.
Selon un mode préférentiel où l'image est obtenue en une seule trame, on agit alors seulement sur le signal colonne, par la modulation de la valeur Vc du signal colonne et/ou de la duré Te du signal colonne, et/ou de la phase ΔTc du signal colonne.
Le principe de réalisation de niveaux de gris selon l'invention pour un signal pixel à deux plateaux (cas particulier T2 = Te) est donné figure 24. Dans cet exemple, le signal pixel est caractérisé par quatre paramètre V1,V2 (amplitude des tensions appliquées), Tl et T2 (durée de ces tensions appliquées).
Dans un mode multiplexe multitrame, on agit sur la modulation de l'ensemble des paramètres du signal pixel en modulant certains de ces signaux trame par trame.
Des prototypes ont été réalisés afin de tester la maîtrise des niveaux de gris par « effet rideau » en mode mono et multi trame. Réalisation de niveaux de gris selon l'invention en mode monotrame Les niveaux de gris sont réalisés dans les trois exemples suivants par modulation des paramètres du signal colonne, soit l'amplitude du créneau, soit sa durée. Montage expérimental avec un afficheur BiNem 160x480 brossé à 90° Un prototype d'écran BiNem de définition de 160 lignes x 480 colonnes, brossé à 90° de la direction des électrodes ligne a été réalisé.
Il s'agit donc d'un BiNem orthogonal selon la désignation indiquée précédemment. La largeur des électrodes colonne est d'environ 0.085 mm, leur longueur est d'environ 55 mm, l'isolement entre colonnes est d'environ 0.015 mm. La largeur des lignes est d'environ 0.3 mm, leur longueur environ 55 mm, l'isolement entre lignes est d'environ 0.015 mm . Le pixel élémentaire est décrit sur la figure 19b. La direction de brossage D2 est perpendiculaire aux électrodes lignes. L'afficheur est muni d'un réflecteur arrière, d'un polariseur avant et d'un dispositif d'éclairage avant pour fonctionner en mode réflectif : la texture T est passante (elle apparaît claire), la texture U est non passante (elle apparaît sombre). Une électronique de pilotage adaptée, délivrant 160 signaux ligne et 480 signaux colonne, complète le dispositif et permet l'adressage en mode multiplexe de l'afficheur.
Les pixels du véhicule de test sont observés sous un grossissement compatible avec l'observation des textures présentes sur les pixels.
L'écran est adressé par des signaux de multiplexage dont les paramètres par défaut et les excursions sont définis en table III.
Les signaux d'adressage sont typiquement des signaux à trois plateaux dont le schéma est indiqué sur la figure 6. Le plateau intermédiaire est à la tension du deuxième plateau ligne V2. Sa durée est la différence entre le temps T2 du deuxième plateau ligne et le temps TC de l'impulsion colonne.
TL est le temps entre deux signaux ligne. Il a été optimisé pour l'obtention des niveaux de gris par effet rideau conforme à l'invention.
Pour chaque valeur du ou des paramètres sélectionnés (par exemple la tension colonne Vc ou la durée de l'impulsion colonne. Te), une image de test est adressée. On observe ensuite les textures obtenues sur une zone sélectionnée de l'afficheur. Observation des pixels en modulation de la tension colonne Vc On fait varier de manière continue la tension de multiplexage Vc appliquée aux colonnes entre 0 V et -3.6 V ( les autres paramètres de la tension pixel sont donnés table III) en observant l'état optique obtenu pour chaque tension. Le résultat est illustré sur la figure 25.
VIL 15 V V2L 5.4 V Vc 0 à -4 V
Tl 950 μs T2 300 μs Te 250 μs TL 60 μs
Table III
Selon un mode préférentiel, les pixels sont préalablement passés dans un état donné, par exemple T, avant d'être adressés pour les gris (voir ci après).
Sur la figure 25, on voit qu'à partir de pixels en texture T, la proportion de texture U augmente progressivement comme si on levait progressivement un store d'où le nom d'« effet rideau ». Réponse optique à niveaux de gris par modulation de la tension colonne
La figure 25 démontre l'excellente capacité de l'afficheur BiNem brossé à 90° à restituer une échelle de niveaux de gris. La réponse optique de l'afficheur en fonction de la tension colonne Vc appliquée est illustrée sur la figure 26.
Cette réponse continue se prête particulièrement bien à la réalisation d'afficheurs BiNem multiplexes à niveaux de gris par modulation des tensions colonne Vc. Observation des pixels en modulation de durée des impulsions colonne
La durée des impulsions colonne varie de 400 μs à 900 μs. Les autres paramètres des signaux de multiplexage sont indiqués en table IV. TL est le temps entre deux signaux ligne. Il a été optimisé pour l'obtention des niveaux de gris par effet rideau conforme à l'invention.
VIL 15 V V2L 6 V Vc -3 V
Tl 950 μs T2 950 μs Te 200 TL 60 μs à 900μs
Tab e lV Réponse optique à niveaux de gris par modulation de la durée colonne
Là encore on obtient une échelle de niveaux de gris : le remplissage du pixel par la texture T (ou U) est continûment variable entre 0 et 100%, cette proportion étant contrôlable par la durée des impulsions colonne appliquées, tel que le montre la figure 27.
La courbe de réponse optique de l'afficheur en fonction de la durée des impulsions colonne appliquées est représentée sur la figure 28. Cette réponse continue permet la réalisation d'afficheurs BiNem multiplexes à niveaux de gris par modulation de durée des signaux colonne.
Les paramètres utilisés pour les signaux de multiplexage sont donnés par la table IV ci-dessus. Montage expérimental avec un afficheur BiNem 160x480 brossé à 60° et résultats
Le véhicule de test est le même que précédemment, à la différence de la direction de brossage , qui est ici de 60° au lieu de 90°.
L'obtention de niveaux de gris avec un tel écran est également possible, comme le montrent les observations suivantes.
On fait varier de manière continue la tension de multiplexage appliquée aux colonnes entre -1.2 V et -3.4 V en observant l'état optique obtenu pour chaque tension. Le résultat est représenté sur la figure 29. Les paramètres utilisés par défaut pour les signaux de multiplexage sont donnés par la table V ci-dessous. TL est le temps entre deux signaux ligne. Il a été optimisé pour l'obtention des niveaux de gris par effet rideau conforme à l'invention.
VIL 15 V V2L 6.2 V Vc -3 V
Tl 950 μs T2 450 μs Te 250 μs TL 60 μs
Tab e V ' Le temps TL entre lignes, ici égal à 60 μs, peut être allongé de façon à réduire la tension quadratique moyenne présente aux bornes du cristal liquide. Typiquement, il est possible d'aller jusqu'à environ 20 ms, au delà le temps d'adressage de l'ensemble de l'afficheur devient trop élevé.
Variante : adressage en deux étapes
Rappelons que les paramètres de la cellule cristal liquide, les tensions et le mode d'adressage, la température de fonctionnement sont autant de facteurs susceptibles d'influer sur la commutation d'une cellule BiNem. Selon la valeur de ces facteurs, il peut exister une texture « facile » à obtenir et une texture « difficile » à obtenir ou bien une texture « rapide » à obtenir et une texture « lente » à obtenir. Par exemple, ceci est particulièrement vrai pour le facteur température, qui influe notoirement sur les propriétés du cristal liquide et donc sur les caractéristiques de la commutation.
D'autre part, la commutation d'une cellule BiNem en T fait intervenir le déplacement du cristal liquide dans la direction d'alignement des molécules. Cette commutation s'opère d'autant plus facilement que la surface devant commuter est plus importante. Ainsi, une commutation simultanée de plusieurs lignes à la fois (dite par paquet), voire de l'ensemble de l'afficheur (dite collective) est plus aisée qu'une commutation ligne par ligne.
Concernant la commutation en U, elle s'opère plus lentement que la commutation en T, et nécessite plusieurs paliers ou une rampe de tension. On peut donc avoir intérêt à effectuer cette commutation simultanément sur plusieurs lignes à la fois (dite par paquet), voire sur l'ensemble de l'afficheur (dite collective).
La combinaison de ces deux constatations amène à préconiser un adressage d'un afficheur BiNem en deux étapes: - une première étape dite « simultanée » où l'on commute par paquet ou collectivement les pixels de l'afficheur dans la texture dite « difficile »ou « lente » , - une deuxième étape où l'on adresse l'ensemble de l'afficheur en mode multiplexe de façon à faire commuter les pixels de l'afficheur devant prendre l'état dit « facile » ou « rapide ».
Un exemple de la mise en œuvre d'un adressage en 2 étapes selon l'invention est illustré sur la figure 30, en prenant l'exemple d'un signal collectif de type passage en T. Deux lignes, n et n + 1 sont concernées dans cet exemple non limitatif, et le principe se généralise à l'ensemble de l'afficheur. Les paramètres du signal ligne Vsimui appliqué simultanément à plusieurs lignes (VsT , τ'p) sont adaptés au mode collectif de commutation et peuvent varier en fonction de certains paramètres. Ici VSimUι ne comporte qu'un plateau mais il peut également en comporter deux ou plus. Les paramètres des signaux de multiplexage (VL'l; VL'2 ; T'i ; T'2 ; Vc ; T'c) sont également adaptés et peuvent prendre des valeurs différentes de celles utilisées dans le mode multiplexe simple. Les signaux lignes, biplateau dans cet exemple, peuvent être également, multi ou monoplateau. Les signaux colonne peuvent être modulés par l'amplitude, la durée ou la phase tels qu'illustré figure 23 ou une combinaison de deux voire des trois méthodes. Un autre exemple de la mise en œuvre d'un adressage en 2 étapes selon l'invention est illustré sur la figure 31, en prenant l'exemple d'un signal collectif de type passage en U. Deux lignes, n et n+1 sont concernées dans cet exemple non limitatif, et le principe se généralise à l'ensemble de l'afficheur. Les paramètres du signal ligne Vsimuι appliqué simultanément à plusieurs lignes (VsUι ; VsU2 ; τ"p) sont adaptés au mode collectif de commutation et peuvent varier en fonction de certains paramètres. Les paramètres des signaux de multiplexage (VL"1 ;VL"2 ; T"ι; T"2 ; V"c ; T"c) sont également adaptés et peuvent prendre des valeurs différentes de celles utilisées dans le mode multiplexe simple. Les signaux lignes, biplateau dans cet exemple, peuvent être également, multi ou monoplateau. Les signaux colonne peuvent être modulés par l'amplitude, la durée ou la phase tel qu'illustré figure 23 ou une combinaison de deux voire des trois méthodes. Un autre exemple de la mise en œuvre d'un adressage en 2 étapes selon l'invention est illustré sur les figures 32 et 33, où les signaux de multiplexage sont monoplateau. Les signaux colonnes peuvent être modulés par l'amplitude, la durée ou la phase tel qu'illustré figure 23 ou une combinaison de deux voire des trois méthodes. Dans la figure 32, le signal VsimU| de passage en U a une forme de rampe.
La commutation simultanée pour la texture difficile peut s'effectuer « par paquet » de p lignes, qui sont ensuite adressées en mode multiplexe, puis le paquet des p lignes suivantes est adressé en collectif puis multiplexe, et ainsi de suite jusqu'à l'adressage de toutes les lignes de l'afficheur.
La commutation simultanée pour la texture difficile peut également s'effectuer collectivement pour l'ensemble des lignes de l'afficheur, puis celui-ci est adressé en mode multiplexe sur l'ensemble de ces lignes, comme cela se pratique habituellement.
Un premier exemple d'adressage en deux étapes tel qu'illustré sur la figure 30 est : - Première étape :
Signal simultané de type collectif (toutes les lignes de l'afficheur en même temps) avec les paramètres suivants (table VI) :
Figure imgf000035_0001
- Deuxième étape :
Modulation de Vc : Adressage de type multiplexe tel que décrit table VII, afin de réaliser des niveaux de gris par « effet rideau » selon l'invention.
VIL -20V V2L . -7 V Vc O à -3 V Blanc : Vc = +3V
Tl 1 ms T2 1200 μs Te 1200 μs TL 100 μs
Table VII Dans cet exemple, les gris sont obtenus avec les valeurs négatives de Vc, mais le blanc est obtenu avec une valeur positive de Vc de +3V. Un premier exemple d'adressage en deux étapes tel qu'illustré sur la figure 32 est : - Première étape :
Signal simultané de type collectif (toutes les lignes de l'afficheur en même temps) avec les paramètres de la table VI : - Deuxième étape :
Modulation de Vc et Te: Adressage de type multiplexe tel que décrit table VIII, afin de réaliser des niveaux de gris par « effet rideau » selon l'invention
VIL -20V V2L 0 V Vc -3 à -5 V
Tl 1 ms T2 0 ms Te 0 à 800 μs TL 50 μs
Table VIII
Un second exemple d'adressage en deux étapes tel qu'illustré sur la figure 32 est : - Première étape :
Signal simultané de type collectif (toutes les lignes de l'afficheur en même temps) avec les paramètres de la table VI :
- Deuxième étape :
Modulation de ΔTc: Adressage de type multiplexe tel que décrit table IX, afin de réaliser des niveaux de gris par « effet rideau » selon l'invention
VIL -20V V2L 0 V Vc -5 V ΔTc 0 à 400 μs
Tl 1 ms T2 0 ms Te 600 μs TL 50 μs
Tab e lX
Un exemple d'adressage en deux étapes tel qu'illustré sur la figure 33 est celui correspondant à la table X.
Figure imgf000036_0001
Table X Dans ce cas le signal ligne monoplateau en mode multiplexe est très court (50 μs) et le temps entre les lignes est plutôt long (10ms).
Un exemple des textures obtenues est donné figure 34. La première ligne est 100% U blanc (Vc= OV ), la quatrième ligne est 100%T noire (Vc = 3V ), les 2 lignes intermédiaires correspondent à deux niveaux de gris, gris 1 (Vc = 0.4V ) et gris 2 (Vc = IV ). On constate que ce mode d'adressage permet d'obtenir un « effet rideau » conforme à l'invention. La figure 35 donne la transmission optique en fonction de la tension pixel égale à V"L-Vc. Une modulation entre noir et blanc est obtenue avec une variation de 4V de Vc.
Le signal Vstmuι peut être monopolaire positif, monopolaire négatif, bipolaire, non nécessairement symétrique. L'important -n'est pas sa forme exacte mais sa fonction qui est de faire commuter, collectivement ou par paquet, des lignes de l'afficheur, afin de les placer dans un état (texture du cristal liquide) parfaitement défini avant l'application des signaux de multiplexage.
Le temps entre signaux ligne TL est un facteur qui peut être optimisé en fonction des autres paramètres d'adressage. Réalisation de niveaux de gris selon l'invention en mode multi trames Montage expérimental avec un afficheur BiNem 160x160 brossé à 90°
Ce mode est par exemple intéressant lorsque il n'est pas possible de moduler directement Vc, comme c'est le cas quand on utilise des drivers STN.
Un afficheur BiNem du même type que précédemment mais comportant 160x160 pixels carrés a été utilisé pour cette expérience. La taille d'un pixel élémentaire est 290 μm . Principe général de la méthode d'adressage par multi trames Pour réaliser des gris, la valeur de l'ensemble des signaux d'adressage peut être modifiée entre deux trames. Pour obtenir n niveaux de gris, on doit typiquement adresser n trames. Soit VLl(i), Tl(i), VL2(i), T2(i) Vc(i) et Tc(i) les signaux lignes et colonnes associés à la trame i. Le temps interligne Tl est également un paramètre à prendre en compte. L'ensemble de ces valeurs peut théoriquement être modifié entre deux trames, afin de générer le niveaux de gris souhaité.
Selon un mode préférentiel, les pixels sont préalablement passés dans un état donné, avant d'être adressés pour les gris.
La variante de l'adressage « en deux étapes » peut être appliquée, la trame 1 correspond alors à la première étape dite « simultanée » ou l'on commute par paquet ou collectivement les pixels de l'afficheur dans la texture dite « difficile »ou « lente ». Les trames suivantes sont adressées en mode multiplexe.
Exemple lorsqu'un driver STN est utilisé pour les colonnes :
Dans ce cas, seules les valeurs 0V et +/- Vc fixé sont accessibles. On changera donc les paramètres lignes entre deux trames pour obtenir les gris. Par exemple, la démarche peut être la suivante pour une ligne m:
Trame 1 : on commute tous les pixels en 100 % T
Trame 2 : on commute en U tous les pixels de la ligne devant avoir 100% de U (par exemple signal colonne -Vc). Les autres pixels reçoivent un signal inopérant, et donc restent en 100%T.
Trame 3 : on adresse ensuite les pixels devant avoir une proportion légèrement inférieure de U, par exemple 80%. Les pixels en attente d'être adressés en gris, c'est à dire « en attente d'être remplis » reçoivent un signal inopérant, qui confirme leur état de T. Les pixels
« déjà rempli » avec la bonne proportion de U (ici ceux en 100%U) reçoivent également un signal inopérant pour eux.
Trame 4 : on adresse ensuite les pixels qui ont une proportion inférieure de U , par exemple 60%. Les pixels « en attente d'être remplis » reçoivent un signal inopérant, qui confirme leur état de T. Les pixels « déjà rempli » avec la bonne proportion de U (ici ceux en
100%U et 80%U) reçoivent également un signal inopérant pour eux. Et ainsi de suite de trame en trame jusqu'à adresser les pixels qui ont le pourcentage de U le plus faible avant 0%.
Avec n trames, on aura (n-2) niveaux de gris plus le blanc et le noir. Une illustration de ce mode d'adressage est donné figure 36 pour
3 niveaux de gris plus le noir et le blanc, soit 5 trames. Dans cet exemple, la tension colonne peut prendre les valeurs 0, +Vc et -Vc, la durée Te est fixe, et on fait varier les paramètres VL1NL2,T1,T2 à chaque trame pour obtenir le gris souhaité. Les tensions ligne sont négatives dans cet exemple.
Le mode opératoire est le suivant : Trame 1 : On commute d'abord collectivement tous les pixels en T. Pour une trame i donnée :
- les pixels que l'on va adresser dans le niveau de gris correspondant auront -Vc sur leur colonne et des valeurs adaptées VLl(i), VL2(i),
Tl(i), T2(i)
- les pixels « en attente d'être remplis » qui ne sont pas concernés par l'état correspondant à la trame sont adressés avec un signal inopérant qui confirme leur état 100%T. Ce signal inopérant est par exemple un signal possédant bien sûr les même paramètres ligne VLl(i), VL2(i), Tl(i), T2(i) et une valeur sur leur colonne de -f-Vc
- les pixels « déjà remplis » en U par les trames de 1 à i-1 ne doivent plus être modifiés, ils reçoivent un signal inopérant. Ce signal a dans l'exemple de la figure 36 également une valeur de +Vc sur la colonne, avec toujours bien sûr les mêmes paramètres lignes VLl(i), VL2(i), Tl(i), T2(i) . Un autre type de signal inopérant pour les pixels « déjà remplis » peut être -Vc (voir exemple de réalisation expérimentale ci dessous). Ici, pour des raisons inexpliquées, tout se passe comme ci une fois dans l'état U, le retour à l'état T était impossible, sauf en mode collectif.
Réalisation expérimentale avec le véhicule de test
Le mode d'adressage illustré figure 36 a été appliqué à l'afficheur Binem 160x160 pour l'obtention de 6 niveaux de gris plus le blanc et le noir, soit au total 8 trames. La table XI ci dessous donne, pour chaque trame i, les valeurs des différentes tensions et durées appliquées :
- à la ligne pour la trame i : VLl(i), VL2(i), Tl(i), T2(i)
- à la colonne pour les pixels que l'on veut passer dans le niveau de gris associé à la trame : -Vc
- à la colonne pour les pixels « en attente d'être remplis » : signal inopérant +Vc
- à la colonne pour les pixels « déjà remplis » : signal inopérant -Vc
La trame 1 est consacrée au passage 100%T (blanc) collectif. Puis en mode multiplexe les trames suivantes « remplissent » de U les pixels. La trame 2 est consacrée au passage des pixels dont l'état final est 100% U (noir).
La trame 3 est consacrée aux pixels à adresser en gris foncé etc.. jusqu'au gris le plus clair. Dans cet exemple, les gris sont obtenus dans un premier temps par variation de la valeur de VL2, puis pour les gris plus clair en diminuant la durée Tl.
Bien entendu, dans ce mode multitrames, un grand nombre de combinaisons sont possibles au niveau des variations des paramètres de la tension pixel.
Figure imgf000040_0001
Figure imgf000041_0001
Table XI : exemple de paramètres de la tension appliquée aux pixel dans un mode à 8 trames
La figure 37 montre un afficheur BiNem 160x160 , adressé selon le mode décrit précédemment, avec un damier où sur chaque ligne alterne un carré blanc et un carré dont la teinte correspond à un niveau de gris , ainsi que le zoom sur les carrés correspondant aux 8 niveaux inscrits. On peut voir là aussi une maîtrise très uniforme de la proportion de U et T dans tous les pixels. La figure 38 montre un agrandissement de quelques pixels pour une meilleure visibilité de l'effet. On remarque le caractère très rectiiigne de la limitation entre les deux textures. La figure 39 donne la réponse optique associée à chaque gris.
Dans cet exemple on remarque également que I' « effet rideau » n'apparaît que le long d'un seul bord et pas selon les deux bords (figure 38). Pour ces expériences, le balayage été effectué dans le sens du flux hydrodynamique (voir figures 2 et 40). En effet pour un afficheur BiNem brossé à 90°, il existe deux sens de balayage possibles : l'un dans la même direction que l'écoulement hydrodynamique, l'autre en sens opposé de l'écoulement hydrodynamique. Si l'on effectue le balayage en sens inverse de l'écoulement, I' « effet rideau » apparaît le long des 2 bords (figure 41) et les niveaux de gris sont plus difficiles à maîtriser, particulièrement les gris foncés. Il existe donc un sens de balayage préférentiel pour l'obtention d'un « effet rideau » unique : ce sens de balayage préférentiel est identique au sens de l'écoulement, hydrodynamique. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.
En particulier la présente invention pourra faire application des dispositions enseignées dans le document [3], à savoir en particulier : - un dispositif d'adressage d'un écran matriciel cristal liquide nematique bistable à cassure d'ancrage, comprenant des moyens conçus pour appliquer, sur les électrodes de colonne de l'écran, un signal électrique dont les paramètres sont adaptés pour diminuer la tension quadratique moyenne des impulsions pixels parasites à une valeur inférieure à la tension de Freederikzs, afin de réduire les effets optiques parasites de l'adressage,
- un dispositif dans lequel la fin du signal colonne est synchronisé avec la fin de l'impulsion ligne,
- un dispositif dans lequel la durée du signal colonne est inférieure à la durée du palier de l'impulsion ligne,
- un dispositif dans lequel la durée du signal colonne est de l'ordre de la moitié de la durée du dernier palier de l'impulsion ligne,
- un dispositif dans lequel le signal colonne a la forme d'un créneau,
- un dispositif dans lequel le signal colonne a la forme d'une rampe, - un dispositif dans lequel le signal colonne a la forme d'une rampe qui croit linéairement jusqu'à atteindre une tension maximale, puis est brutalement ramenée à zéro en synchronisme avec la fin de l'impulsion ligne,
- un dispositif dans lequel les signaux électriques appliqués sont adaptés pour définir une valeur moyenne nulle du signal pixel,
- un dispositif dans lequel chaque signal de ligne et chaque signal de colonne comprend deux sous-ensembles successifs de configuration identique, mais de polarités opposées, - un dispositif dans lequel la polarité des signaux de ligne et des signaux de colonne est inversée à chaque changement d'image, un dispositif dans lequel une tension commune est ajoutée aux composantes utiles des signaux ligne et des signaux colonne de sorte que les signaux appliqués à chaque pixel présentent deux sous- ensembles successifs de polarités opposées.
Un dispositif de type matrice active, utilisant des transistors déposés sur verre pour contrôler la commutation des pixels individuellement, tel, par exemple, que décrit dans le document [9]. Elle pourra également faire application des dispositions enseignées dans le document [4], à savoir en particulier :
- un dispositif d'adressage électrique d'un écran matriciel à cristal liquide nematique bistable et à cassure d'ancrage, comprenant des moyens aptes à appliquer des signaux électriques contrôlés respectivement sur des électrodes de lignes et sur des électrodes colonne de l'écran, comprenant des moyens aptes à adresser simultanément plusieurs lignes, à l'aide de signaux de lignes semblables et décalés temporellement d'un délai supérieur ou égal au temps d'application des tensions colonnes, lesdits signaux d'adressage ligne comprenant dans une première période au moins une valeur de tension permettant d'effectuer une cassure d'ancrage de tous les pixels de la ligne, puis une deuxième période permettant de déterminer l'état final des pixels composant la ligne adressée, cet état final étant fonction de la valeur de chacun des signaux électriques appliquées sur les colonnes correspondantes,
- un dispositif dans lequel τc < τD < τ relation dans laquelle : τD représente le décalage temporel entre deux signaux ligne, τL représente le temps d'adressage ligne comprenant au moins une phase de cassure d'ancrage et une phase de sélection de la texture et τc représente la durée d'un signal colonne, - un dispositif dans lequel le temps d'adressage de x lignes adressées simultanément est égal à τ + [τD.(x-l)J relation dans laquelle : τD représente le décalage temporel entre deux signaux ligne, et τL représente le temps d'adressage ligne comprenant au moins une phase de cassure d'ancrage et une phase de sélection de la texture,
- un dispositif dans lequel les lignes adressées simultanément en recouvrement temporel sont des lignes adjacentes, - un dispositif dans lequel les lignes adressées simultanément en recouvrement temporel sont des lignes espacées spatialement,
- un dispositif dans lequel des moyens aptes à adresser simultanément les lignes i modulo j, soit les lignes i, i+j, i+2j, etc ..., en prévoyant un signal ligne de durée τL = jτD, en décalant temporellement de τD deux signaux de ligne successifs appliqués simultanément et en décalant de τL les blocs successifs de signaux ligne appliqués simultanément,
- un dispositif dans lequel x lignes consécutives sont adressées simultanément avec un décalage temporel τD d'une ligne à l'autre, les signaux colonne correspondant à chaque ligne sont envoyés séquentiellement tous les τD et chaque signal ligne a une durée globale au moins égaie à τL=xτD,
- un dispositif dans lequel le début du signal ligne pour la (i-t-x)ème ligne est synchronisé sur la fin du signal ligne de la ième ligne,
- un dispositif dans lequel les signaux ligne ne représentent pas de symétrisation,
- un dispositif dans lequel les signaux présentent une symétrisation trame,
- un dispositif dans lequel la polarisation des signaux ligne est inversée d'une image p à l'image suivante p+1, - un dispositif dans lequel la polarité des signaux ligne et la polarité des signaux colonne sont inversées d'une image p à l'image suivante p+1,
- un dispositif dans lequel la polarité de deux signaux ligne successifs, est inversée, - un dispositif dans lequel la polarité de deux signaux ligne successifs, et respectivement de deux signaux colonne successifs, est inversée,
- un dispositif dans lequel le nombre de lignes adressées à la fois est au moins égal à xopt = partie entière [τL / τ ] relation dans laquelle : τD représente le décalage temporel entre deux signaux ligne, et τL" représente le temps d'adressage ligne comprenant au moins une phase de cassure d'ancrage et une phase de sélection de la texture, - un dispositif dans lequel les signaux présentent une symétrisation ligne,
- un dispositif dans lequel chaque signal ligne comprend deux séquences successives adjacentes présentant des polarités respectivement opposées, - un dispositif dans lequel le signal colonne est scindé en deux séquences dont la fin est synchronisé sur la fin respectivement de la première séquence et de la deuxième séquence du signal ligne associé, la polarité des deux séquences du signal colonne étant également inversée, - un dispositif dans lequel la fin du signal colonne est synchronisée sur la fin de la deuxième séquence du signal ligne associé,
- un dispositif dans lequel la polarité de deux signaux ligne successifs, est inversée,
- un dispositif dans lequel la polarité de deux signaux ligne successifs, et respectivement de deux signaux colonne successifs, est inversée,
- un dispositif dans lequel le nombre de lignes adressées à la fois est au moins égal à xopt = partie entière [2. τL / τD ] relation dans laquelle : τ représente le décalage temporel entre deux signaux ligne, et τ représente le temps d'adressage ligne comprenant au moins une phase de cassure d'ancrage et une phase de sélection de la texture, - un dispositif dans lequel le signal colonne est choisi dans le groupe comprenant : un signal colonne de durée inférieure ou égale à la durée du dernier plateau du signal ligne, un signal colonne de durée τc égale à τD et un signal colonne de durée τc inférieure à τD, τD représentant le décalage temporel entre deux signaux ligne, tandis que τc représente la durée du signal colonne.
La présente invention pourra également faire application, que ce soit en particulier pour les signaux avec adressage en une ou deux étapes, des dispositions enseignées dans le document [10], à savoir notamment:
- un dispositif d'affichage comprenant des moyens d'adressage aptes à générer et à appliquer sur chacun des pixels de l'écran matriciel, des signaux de commande comprenant des flancs ascendants en pente, de préférence des flancs ascendants en pente qui présentent une pente de 0.1 V / μs à 0.005 V / μs.
- un dispositif comprenant des moyens d'adressage adaptés pour générer des signaux comprenant deux phases : une première phase de cassure de l'ancrage, et une deuxième phase de sélection. - un dispositif dont les moyens d'adressage sont adaptés pour générer, pour l'obtention d'une texture uniforme, des signaux pour lesquels la chute entre deux paliers successifs du front descendant de la phase de sélection ne dépasse pas une valeur seuil critique ΔV, tandis que pour l'obtention d'une texture tordue, le front descendant comprend au moins une chute brusque supérieure à la valeur seuil critique ΔV.
- un dispositif dans lequel le flanc ascendant présente une durée τR de 200 μs à 4 ms.
- un dispositif dans lequel le flanc ascendant présente une durée τR supérieure à 300 μs. - un dispositif dans lequel les signaux d'adressage et de commande comprennent également des flancs descendants en pente à la fin d'une phase de cassure d'ancrage. - un dispositif dans lequel la pente du flanc descendant est du même ordre de grandeur que le flanc ascendant.
- un dispositif dans lequel chaque pixel est commandé par un composant, par exemple un transistor, susceptible d'être commuté entre deux états respectivement passant et non passant.
La présente invention s'étend également aux combinaisons de caractéristiques précitées.
Dans le cadre de la présente invention, les deux textures qui diffèrent d'environ 180° ne sont pas nécessairement l'une uniforme ou faiblement tordue (soit proche de 0°) et l'autre proche du demi tour (soit proche de 180°). En effet dans le cadre de la présente invention l'on peut prévoir des torsions différentes pour ces deux textures, par exemple 45° et 225°.
DOCUMENTS CITES Doc [1] : FR 2 740 894
Doc [2] : C Joubert , proceeding SID 2002, p. 30-33
Doc [3] : FR 2 835 644
Doc [4] : FR 2 838 858
Doc [5] : FR 2 824 400 Doc [6] : M. Giocondo, I. Leiidis, I. Dozov, G. Durand, Eur. Phys. J. AP
5, 227 (1999)..
Doc [7] : I. Dozov, Ph. Martinot-Lagarde, Phys. Rev. E., 58, 7442
(1998).
Doc [8] : FR 2 824 400 Doc [9] : FR 2 847 704
Doc[10] : FR 0302074

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage matriciel à cristal liquide nematique bistable dans lequel le passage dans l'un au moins des deux états bistables est opéré par déplacement du cristal liquide parallèlement aux surfaces du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comprend un système d'adressage des différents éléments de l'afficheur, tel qu'il ne commute pas simultanément deux éléments contigus situés dans le sens de l'écoulement de la matière.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lignes adressées du dispositif sont inclinées par rapport au sens de l'écoulement du cristal liquide.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les lignes adressées sont perpendiculaires au sens de l'écoulement du cristal liquide.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le sens d'orientation des molécules de cristal liquide est incliné par rapport aux lignes adressées.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le sens d'orientation des molécules de cristal liquide est perpendiculaire aux lignes adressées.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le sens d'orientation des molécules de cristal liquide est incliné de l'ordre de 45° par rapport aux lignes adressées.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le sens d'orientation des molécules de cristal liquide est incliné de l'ordre de 60° par rapport aux lignes adressées.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'orientation des molécules est obtenue à l'aide de l'un des moyens choisis dans le groupe comprenant : un brossage, une couche de polymère activée sous lumière polarisée, un dépôt orienté par évaporation sous vide, un réseau.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer des signaux de commande adaptés pour contrôler l'intensité du déplacement du cristal liquide et contrôler progressivement l'étendue de l'un des deux états stables à l'intérieur de chacun des pixels, afin de générer des niveaux de gris contrôlés à l'intérieur de chacun de ceux-ci.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que lesdits moyens sont adaptés pour moduler l'un au moins des paramètres des signaux de commande pour contrôler les niveaux de gris générés.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler l'un au moins des paramètres des signaux de colonne.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler le niveau de tension des signaux de commande.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler la durée des signaux de commande.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler la phase de signaux de commande.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour contrôler la température du dispositif.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler les variables des signaux de commande de pixels régissant la place de la frontière entre deux textures, afin de contrôler un niveau de gris. .
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé par le fait que lesdits moyens sont adaptés pour moduler des niveaux de tension et des durées respectives.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens adaptés pour moduler la durée de l'intervalle séparant les signaux de commande de ligne entre 10 μs et 20ms.
19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'adressage adaptés pour définir l'ensemble d'une image en une seule trame.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour moduler les signaux de colonne.
21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé . par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour moduler l'un au moins de l'amplitude, la durée ou la phase des signaux de colonne.
22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'adressage adaptés pour définir l'ensemble d'une image en une seule trame et pour moduler l'amplitude des signaux de colonne.
23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'adressage adaptés pour définir l'ensemble d'une image en une seule trame et pour moduler la durée des signaux de colonne.
24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'adressage adaptés pour définir l'ensemble d'une image en une seule trame et pour moduler la phase des signaux de colonne.
25. Dispositif selon l'une des . revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'adressage adaptés pour définir l'ensemble d'une image à l'aide de plusieurs trames successives.
26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour procéder à des modulations de variables par trame.
27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour procéder à des modulations des paramètres de signaux de ligne.
28. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour commander l'état des pixels par application de signaux, de commande en deux étapes successives.
29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux propres à placer l'ensemble des pixels dans un état difficile ou lent dans une première étape.
30. Dispositif selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux propres à placer l'ensemble des pixels dans un état difficile ou lent dans une première étape, puis pour appliquer des signaux propres à placer certains au moins des pixels dans un état facile ou rapide, ou obtenir un niveau de gris, recherché dans une deuxième étape.
31. Dispositif selon l'une des revendications 29 ou 30, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux de commande simultanément sur l'ensemble des pixels au cours de la première étape.
32. Dispositif selon l'un„e des revendications 29 ou 30, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux de commande simultanément sur certains sous ensembles ou paquets de lignes au cours de la première étape.
33. Dispositif selon l'une des revendications 29 ou 30, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux de commande simultanément sur l'ensemble des pixels au cours de la première étape.
34. Dispositif selon l'une des revendications 29 à 33, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour appliquer des signaux de multiplexage de lignes de type monoplateau ou biplateau ou multiplateau au cours de la deuxième étape.
35. Dispositif selon l'une des revendications 29 à 33, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour moduler l'un au moins de l'amplitude, de la durée ou de la phase des signaux de colonne au cours de la deuxième étape.
36. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 35, caractérisé par le fait que les moyens d'adressage sont adaptés pour opérer un balayage de l'écran identique au sens de l'écoulement hydrodynamique des molécules de cristal liquide.
37. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 36, caractérisé par le fait qu'il est de type BiNem.
38. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 37, caractérisé par le fait qu'il utilise deux textures dont la torsion diffère de l'ordre de +/- 180°.
39. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 38, caractérisé par le fait qu'il 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 +/- 180°.
40. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 39, caractérisé par le fait qu'il présente une courbe életrooptique en fonction du niveau de tension de commande qui présente un double point d'inflexion et que
> la tension de commande évolue de part et d'autre du point d'inflexion le plus faible.
41. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 40, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens conçus pour appliquer, sur les électrodes de colonne de l'écran, un signal électrique dont les paramètres sont adaptés pour diminuer la tension quadratique moyenne des impulsions pixels parasites à une valeur inférieure à la tension de Freederikzs, afin de réduire les effets optiques parasites de l'adressage,
42. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 41, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer des signaux électriques contrôlés respectivement sur des électrodes de lignes et sur des électrodes colonne de l'écran, comprenant des moyens aptes à adresser simultanément plusieurs lignes, à l'aide de signaux de lignes semblables et décalés temporellement d'un délai supérieur ou égal au temps d'application des tensions colonnes, lesdits signaux d'adressage ligne comprenant dans une première période au moins une valeur de tension permettant d'effectuer une cassure d'ancrage de tous les pixels de la ligne, puis une deuxième période permettant de déterminer l'état final des pixels composant la ligne adressée, cet état final étant fonction de la valeur de chacun des signaux électriques appliquées sur les colonnes correspondantes,
43. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 42, caractérisé par le fait des moyens d'adressage aptes à générer et à appliquer sur chacun des pixels de l'écran matriciel, des signaux de commande comprenant des flancs ascendants en pente, de préférence des flancs ascendants en pente qui présentent une pente de 0! V / μs à 0.005 V / μs.
44. Procédé d'affichage à l'aide d'un dispositif matriciel à cristal liquide nematique bistable dans lequel le passage dans l'un au moins des deux états bistables est opéré par déplacement du cristal liquide parallèlement aux surfaces du dispositif, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'adressage des différents éléments de l'afficheur à l'aide de signaux électriques tels que le dispositif ne commute pas simultanément deux éléments contigus situés dans le sens de l'écoulement de la matière.
PCT/FR2004/001187 2003-05-16 2004-05-14 Procede et dispositif perfectionnes d'affichage a cristal liquide nematique bistable WO2004104980A2 (fr)

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