WO2005054940A1 - Dispositif d’affichage a ecran de type nematique bistable optimisant le blanc et procede de definition de ce dispositif - Google Patents

Dispositif d’affichage a ecran de type nematique bistable optimisant le blanc et procede de definition de ce dispositif Download PDF

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WO2005054940A1
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observer
polarizer
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liquid crystal
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Cécile Joubert
Daniel Stoenescu
Alexandre Carton
Patrice Davi
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Nemoptic
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    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors

Definitions

  • the present invention relates to the field of liquid crystal display devices and more precisely to the optical configuration of a nematic display. bistable operating in an optical mode which optimizes the white state of this display.
  • the present invention applies in particular to displays of the reflective type. However, it is not strictly limited to this application.
  • the invention indeed also relates to transflective type displays.
  • OBJECT OF THE INVENTION A general aim of the present invention is to improve the white state of a bistable display device, that is to say more precisely to obtain a reflectance of the white state of very good quality in terms of luminance and colorimetry across the whole viewing angle. STATE OF THE ART Bistable liquid crystal display switching between two textures differing by a twist of 180 °
  • the type of bistable liquid crystal display considered in this invention is a display that switches between two textures, stable with no electric field applied (hence its bistability), different from each other by an angle of ⁇ .
  • the angle ⁇ u between the directors of the liquid crystal molecules on the two surfaces of the cell is of the order of 0 to ⁇ 30 °.
  • the molecules remain almost parallel to each other, and we will call this texture U.
  • the molecules in the texture T rotate around 180 ° ( ⁇ 30 °) between the two cell surfaces.
  • the nematic liquid crystal is chiralised so as to have a spontaneous pitch p 0 close to four times the thickness d of the cell, for equalize the energies of the two textures.
  • the ratio between the thickness d of the cell and the spontaneous step p 0 , ie d / p 0 is therefore approximately equal to 0.25 +/- 0.1, preferably 0.25 ⁇ 0.05. Without an electric field, these are the minimum energy states.
  • Document [1] describes a display which switches between the two textures U and T by applying an electric field pulse of precise shape.
  • This display is based on a break in the anchoring of the liquid crystal molecule on one of the so-called zenith alignment surfaces (documents [2] and [3]), that is to say that the molecule is lifted by the field electric before falling back on one side or the other, thus allowing the obtaining of the two textures U and T.
  • the structure of the electrodes necessary for the application of the field is standard, identical to that used for the TN or STN type liquid crystal displays.
  • This display is generally called BiNem ® . "
  • Document [4] describes a display which also uses an anchoring break and a particular type of electrode (called “comb shaped electrodes”), making it possible to obtain a component of the lateral electric field, ie parallel to the substrate.
  • the switching between the two textures is carried out in this case by an effect qualified by the author as a break in the azimuth anchoring (document [5]).
  • the optical mode requiring white optimization is mainly the reflective mode, which uses ambient light as light source. In this case, what is sought is to obtain a screen which most resembles black ink on white paper.
  • This mode uses a cell delay of the same order of magnitude as a display operating in a transmitted mode, between ⁇ / 3 and ⁇ / 2.
  • a mode using a single polarizer (transmissive) on the observer side and a mirror placed on the back of the cell The advantage of this mode is that one can integrate the mirror inside the cell. In this case the two images coincide, there is no longer a spurious image.
  • the reflective mode studied in detail in the literature is the mode operating with a polarizer and a mirror.
  • documents [4], [6] and [7] calculate optimal modes for a linear input polarizer.
  • Document [8] studies this reflective mode using a circular type input polarizer.
  • This mode when the mirror is integrated in the cell, involves a complication of the manufacturing process because it is necessary to integrate in the cell a reflecting and diffusing function.
  • the delay value ⁇ nd giving the best optical results is of the order of ⁇ / 4, ⁇ representing a wavelength of the visible spectrum, which is approximately two times lower than the delay value adapted in the case.
  • a mode with two polarizers A reduction of a factor two of the delay can in theory be obtained by decreasing either the value of the ⁇ n of the crystal liquid is the thickness of the cell.
  • the thickness recommended for a bistable display as described above is however already small, of the order of 2 microns, compared to that of a standard liquid crystal display of TN or STN type (around 4 to 5 microns) and halving this value would lead to serious complications in the cell manufacturing process.
  • a reduction in the optical anisotropy of the liquid crystal mixture while retaining the electrical anisotropy necessary for breaking the zenithal anchoring is also difficult to achieve.
  • the objective of the present invention is to optimize a reflective mode with two polarizers, making it possible to use commercial components and not entailing any substantial modification of the manufacturing process and of the optical delay ⁇ nd, compared with a cell operating in transmissive mode.
  • a nematic liquid crystal display device having two stable states, without electric field, obtained by anchoring breakage, characterized in that it has two polarizers, one placed on the observer side, the other on the opposite side of the liquid crystal cell and the latter being at least partially reflective to define a reflective or transflective mode, the orientation of the two polarizers being offset by '' a value equal to the rotational power of the cell to within +/- 30 °.
  • the two stable states correspond to two textures of liquid crystal molecules whose torsion differs from 150 ° to 180 ° in absolute value. .
  • the orientation of the polarizer placed opposite the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell being included in the range comprising the range + or - (10 ° to 80 °) while the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, relative to the same nematic director reference, is included in the range comprising the range of + or - (10 ° to 80 °) for an optical delay ⁇ nd of the order of 250+ 70nm. .
  • the orientation of the polarizer placed opposite the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is in the range [-75 °; -30 °] U [10 °; 65 °]
  • the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, relative to the same reference of nematic director is included in the range [-60 °; -10 °] U [30 °; 80 °]
  • the orientation of the polarizer placed opposite the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is in the range [-65 °; -10 °] U [30 °; 75 °]
  • the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, with respect to the same nematic director reference is included in the range [-80 °; -30 °
  • the orientation of the polarizer placed opposite to the the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-65 °; -30 °] U [25 °; 65 °] preferentially [-50 °; -40 °] U [40 °; 50 °], while the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, with respect to the same nematic director reference, is included in the range [-40 °; - 10 °] U [50 °; 80 °] preferably [-25 °; -10 °] U [64 °; 80 °], and in the case of a dextrorotatory liquid crystal, for brushing directions making between them between -15 ° and -30 °, the orientation of the polarizer placed opposite the observer,
  • the orientation of the polarizer placed opposite the the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-60 °; -30 °] U [25 °; 65 °] preferentially [-50 °; -40 °] U [40 °; 50 °], while the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, with respect to the same nematic director reference, is included in the range [-40 °; - 20 °] U [50 °; 70 °] preferably [-35 °; -25 °] U [55 °; 65 °], and in the case of a dextrorotatory liquid crystal, for brushing directions making between them between -10 ° and -20 °, the orientation of the polarizer placed opposite the observer, relative
  • the orientation of the polarizer placed at the opposite of the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-75 °; -35 °] U [15 °; 55 °] preferably [-60 °; -50 °] U [30 °; 40 °], while the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, with respect to the same reference of nematic director, is included in the range [-50 °; - 20 °] U [40 °; 70 °] preferably [-40 °; -30 °] U [50 °; 60 °], and in the case of a dextrorotatory liquid crystal, for brushing directions making between them between 0 ° and +/- 5 °, the orientation of the polarizer placed at the opposite of the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell, is included in the range [-75 °; -35 °] U [15 °; 55 °]
  • the orientation of the polarizer placed at the opposite of the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-65 °; -40 °] U [20 °; 60 °] preferably [-55 °; -45 °] U [35 °; 45 °], while the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, relative to the same reference of nematic director, is included in the range [-60 °; - 20 °] U [30 °; 70 °] preferably [-45 °; -35 °] U [45 °; 55 °], and in the case of a dextrorotatory liquid crystal, for brushing directions making between them between 0 ° and +/- 5 °, the orientation of
  • the orientation of the polarizer placed at the opposite of the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-80 °; -50 °] U [10 °; 60 °], while that the orientation of the polarizer placed on the side of the observer, with respect to the same nematic director reference, is included in the range [-50 °; -25 °] U [45 °; 65 °], and in the case of a dextrorotatory liquid crystal, for brushing directions making between them between 0 ° and +/- 5 °, the orientation of the polarizer placed at l the opposite of the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell, is included in the range [-60 °; -10 °] U [50 °;
  • the orientation of the polarizer placed opposite the observer, relative to the nematic director on the associated face of the cell is included in the range [-65 °; -40 °] U [25 °; 50 °] preferably [- 60 °; -45 °] U [30 °; 45 °]
  • the orientation of the polarizer placed from side of the observer, relative to the same nematic director reference is in the range [-50 °; -20 °] U [40 °; 65 °] preferably [-40 °; -30 °] U [48 °; 60 °]
  • a dextrorotatory liquid crystal for brushing directions between them between -5 ° and -15 °, taking into account an elastic
  • the present invention also provides a method for optimizing the orientation of two polarizers in a nematic liquid crystal display device having two stable states by anchoring breakage, one of the polarizers being placed on the observer side while the other polarizer is placed on the opposite side of the liquid crystal cell and the latter being at least partially reflective to define a reflective or transflective mode, characterized in that it comprises the steps consisting in:
  • FIG. 1 schematically represents a liquid crystal cell according to the present invention and defines the angles used in the rest of the description
  • FIG. 2 schematically represents the angles ⁇ and w characteristic of an elliptical polarization
  • FIG. 4 schematically represents the brushing directions on the analyzer and polarizer side and the orientations of the liquid crystal molecules on the alignment layers for the case of an infinitely strong azimuth anchoring
  • - Figure 6 shows schematically a view similar to Figure 4 for the case of a finished azimuth anchoring on the cell plate located on the side of the analyzer.
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The inventors propose an approach which makes it possible to obtain an optical mode with two preferentially reflective polarizers, for a cell [ ⁇ u; ⁇ optimized to obtain a very good overall optical quality of the white state and taking into account certain industrial constraints.
  • the inventors also propose to apply this approach to a real cell, that is to say taking into account an azimuth anchoring known as “finite” (that is to say not infinitely strong) for example on one of the alignment layers .
  • an azimuth anchoring known as “finite” (that is to say not infinitely strong) for example on one of the alignment layers .
  • the two textures differ by a different angle from ⁇ .
  • the present invention also applies to the case of a display in which the azimuth anchoring is finished on the two alignment layers, that is to say on the two faces of the display.
  • the ideal is to approach the quality of black ink on white paper.
  • the paramount parameter is therefore the quality of the white, characterized by its luminance and its color on the whole of the half plan of vision of the screen.
  • Texture T has a lower wavelength dispersion and greater optical stability in the viewing angle than texture U, and will therefore be chosen for white.
  • the approach proposed by the inventors consists in calculating the optimum optical mode giving the best white for several values of delay ⁇ nd.
  • the delay value finally chosen will depend on the quality compromise of the desired white-contrast.
  • FIG. 1 There is shown schematically in FIG. 1 appended a liquid crystal display cell according to the present invention comprising: an analyzer polarizer 10 on the observer side,
  • the arrow 50 schematically represents the path of the light rays
  • the section 52 representing the outward part (of Taller optical transmission) of the path of the light rays which passes through the analyzer 10 and the cell materialized by the plates 20, 30 before reaching the polarizer 40
  • the section 54 represents the return part (Tretour optical transmission) of the path of the rays reflected on the polarizer 40.
  • the anchors on the plates 20 and 30 are adapted to allow switching of the nematic liquid crystal molecules between two respectively stable states U and T, which differ between them by a twist of the order of ⁇ , by application of applied electrical signals on electrodes provided on the plates 20 and 30 according to the known methods described in the aforementioned documents.
  • Such a liquid crystal cell is characterized by:
  • the light which illuminates the screen is the ambient light situated on the side of the observer.
  • the polarizer 40 of FIG. 1 is therefore of the reflective type and the output polarizer 10 (observer side) is of the transmissive type.
  • ⁇ and ⁇ The angles which the polarizer 40 and the analyzer 10 make respectively with the director of the liquid crystal located on the same side are called ⁇ and ⁇ .
  • the value of the torsion of the liquid crystal cell is obtained by making the difference between the director 22 of the liquid crystal on one of the faces 20 of the cell and the director 32 on the other face 30: ⁇ ⁇ ⁇ A -
  • Trs ⁇ , ⁇ ) cos 2 (a + ⁇ ) - cos 2 tan Y + tan2 / [1]
  • the formula [1] can also be obtained as a function of A and P instead of ⁇ and ⁇ .
  • the inventors use the Poincaré formalism, which describes the different possible polarization states as well as the evolution of this during its propagation in the cell by a trace on a sphere called Pointcaré sphere (documents [9] or [10 ]).
  • the output polarization Pout is weakly elliptical (almost linear) and the long axis of this ellipse forms an angle PR with respect to the input polarization.
  • the output polarization Pout a priori arbitrary therefore elliptical, can be characterized by 2 angles ⁇ and ⁇ .
  • ⁇ is the angle made by the major axis of the ellipse with x 'and ⁇ characterizes the ellipticity of the polarization (see figure 2).
  • the cancellation of the ellipticity ⁇ is equivalent to obtaining at the cell output a linear polarization, that is to say a configuration where it is possible to obtain with the analyzer 10 a perfect black or white.
  • the optimal configuration is calculated for a cell delay ⁇ nd and a given wavelength ⁇ .
  • Table 1 describes the optimal reflective optical configurations for different delay values equal to ⁇ / 2 in the visible spectrum range (400nm for blue to 620nm for red).
  • the parameter ⁇ is chosen equal to ⁇ opt for each delay value.
  • Table 1 To estimate the performances of these configurations and compare them with each other, also appear in table 1 the value of the normalized luminances of the black state and of the white state calculated on the whole of the visible spectrum, as well as the contrast CR ratio. of the two luminances.
  • Standardized luminances are calculated as follows: with T R ( ⁇ ) optical transmission of the liquid crystal cell back and forth, y ( ⁇ ) sensitivity of the eye and s ( ⁇ ) spectrum of the illumination source, which we assume constant and equal to 1 (spectrum called " dish ").
  • the x, y color coordinates of white (CIE system) are also calculated, which are very important for the visual rendering of the screen.
  • perfectly neutral white has the coordinates (0.333; 0.333).
  • the white is very close to 1, because the texture T works optimally, the output polarization being linear for the case ⁇ op .
  • the color of the white remains close to the theoretical white (0.333; 0.333) for all cases.
  • the values corresponding to a delay ⁇ nd of less than 230nm are preferred.
  • Black is obtained with the texture U. It is therefore optimized when it has a delay of ⁇ / 2 for the wavelength where the eye is most sensitive.
  • Table 1 the best theoretical contrast value for the 275 nm delay, which corresponds to ⁇ / 2 for 550 nm, peak of sensitivity of the eye.
  • the contrast value for 275 nm is very high, due to the double pass through the cell. This double pass also makes it possible to obtain good contrast values (> 50) over a large range of delays.
  • a satisfactory configuration for contrast is in theory a delay of 275 nm, but a smaller delay (230 nm or 200 nm) makes it possible to obtain a more neutral colorimetric white and would therefore be preferred, as indicated above.
  • the delay chosen will depend on the compromise desired.
  • the director 22, 32 of the liquid crystal molecule on each face 20, 30 of the cell is determined by the brushing direction of the alignment layer (of polyimide chemical type for example) used on this face. Indeed for an infinitely strong azimuth anchoring, the director of the liquid crystal aligns parallel to the brushing direction (see Figure 4). In this case, a precise value of ⁇ is obtained by fixing the brushing directions of the two alignment layers on the production machine of the display, such that they make an angle ⁇ between them.
  • the brushing directions of the cell can be imposed for example by the industrial process.
  • the calculation of the best configuration for the polarizer 40 or P and the analyzer 10 or A according to the best white criterion is carried out as follows: Optimization of the white
  • Table 2 describes the optimal reflective optical configurations for different values of the delay close to ⁇ / 2.
  • the white is slightly less good (around 5%) because the texture T is not at the optimum, but the output polarization remains very slightly elliptical, which guarantees a good level of white.
  • the more the delay decreases the more one approaches the condition ⁇ opt ( ⁇ opt approaches -180 ° when the delay decreases). For 200 nm, the white is very close to 1. We find the yellowing effect again when the delay increases.
  • the black is produced by a texture U without twist which acts, as before, like a birefringent blade.
  • the maximum value of the contrast corresponds as previously to a delay of 275 nm, but the contrast remains high for the other delays due to the double pass.
  • the best configuration for contrast is a delay of 275 nm, but a smaller delay (230nm or 200 nm) makes it possible to obtain a more neutral colorimetric white.
  • the delay chosen depends on the compromise desired.
  • optical transmissions T R of the white and black states corresponding to the 230 nm delay of table 2 are given in FIG. 5 as a function of the wavelength.
  • Improvement of the colorimetric neutrality of the white is to adjust the polarizers 10 or A and 40 or P to angles similar but different from those calculated by the method described previously. In this case, the condition on the rotary power which guarantees the brightest white is no longer strictly observed. In fact we agree to lose on the luminance of white to improve the colorimetry.
  • transflective for which the rear polarizer 40 or P is transflective, that is to say partially reflecting: part of the polarized light is transmitted, the other part is thoughtful.
  • This allows the screen to operate either in transmissive mode when it is backlit, or in reflective mode using ambient light as a light source when not backlit.
  • the optimization of white is identical for the reflective and transflective modes, but for the latter the quality of black is low when it operates in transmissive mode (black is not optimized since the light operates, a "one way” through the cell instead of a "round trip" for the reflective mode).
  • the dropout goes in the direction of decreasing the absolute value of the torsion of low value ⁇ u, which becomes for example ⁇ u - DE for ⁇ u> 0, and of decreasing the absolute value of the torsion of high value ⁇ ⁇ , which becomes for example ⁇ ⁇ + DE for ⁇ ⁇ ⁇ 0 (see figure 6).
  • a finished azimuth anchor typically has Laz in the range of 100 to
  • the parameter DE is a physical parameter measurable experimentally, therefore assumed to be known.
  • the optimal optical configurations are calculated for the three delay values 310nm, 275nm and 230nm, and for the 2 values of DE 5 ° and 10 °, respectively in Tables 3, 4 and 5. It is noted on these tables that in the presence elastic stall, it is possible to optimize the brushing directions ( ⁇ *) to obtain good performance of the reflective mode: the white is for all cases very close to 1. The highest contrast corresponds as before to a delay of 275 nm, but it remains acceptable for the other delay values considered. All of these configurations have acceptable performance for a screen in reflective mode. Case where the parameter ⁇ * is imposed
  • the brushing direction of the cells ⁇ * can be imposed, typically at 0 ° for example.
  • the results for the 3 previous delay values are given respectively in Tables 6, 7 and 8. It can be seen in these tables that in the presence of elastic dropout and with ⁇ * imposed at 0 °, it is possible to obtain good performance of the reflective mode: the white is in all cases very close to 1. The highest contrast corresponds as before to a delay of 275 nm, but it remains acceptable for the other delay values considered. All of these configurations have acceptable performance for a screen in reflective mode.
  • Table 2 optimal configurations for different delay values, with ⁇ imposed.
  • Table 2 “modified” configuration to improve the colorimetry of white, delay 230 nm and ⁇ imposed.
  • VARIANTS OF THE INVENTION The foregoing description relates to a levogyre liquid crystal.
  • the invention is of course valid when the liquid crystal is dextrorotatory.
  • the equivalent configurations are obtained by reversing the signs of ⁇ U and ⁇ T.
  • the optimal orientations of the polarizers 40 and analyzer 10 are obtained by reversing the signs of P and A.
  • Table 9 (ex 2 '): “modified” configuration to improve the colorimetry of white, delay 230 nm and ⁇ imposed - case of a dextrorotatory liquid crystal.

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Abstract

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

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A ECRAN DE TYPE NEMATIQUE BISTABLE OPTIMISANT LE BLANC ET PROCEDE DE DEFINITION DE CE DISPOSITIF DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à cristal liquide et plus précisément la configuration optique d'un afficheur nématique bistable fonctionnant selon un mode optique qui optimise l'état blanc de cet afficheur. La présente invention s'applique en particulier aux afficheurs de type réflectif. Cependant, elle n'est pas limitée strictement à cette application. L'invention concerne en effet également les afficheurs de type transflectif. BUT DE L'INVENTION Un but général de la présente invention est de perfectionner l'état blanc d'un dispositif d'affichage bistable, soit plus précisément d'obtenir une réflectance de l'état blanc de très bonne qualité en termes de luminance et de colorimétrie sur tout l'angle de vue. ETAT DE LA TECHNIQUE Afficheur à cristal liquide bistable commutant entre deux textures différant par une torsion de 180°
Le type d'afficheur à cristal liquide bistable considéré dans cette invention est un afficheur qui commute entre deux textures, stables sans champ électrique appliqué (d'où sa bistabilité), différent entre elles d'un angle de π. Pour l'une des textures, l'angle φu entre les directeurs des molécules de cristal liquide sur les deux surfaces de la cellule est de l'ordre de 0 à ±30°. Les molécules restent presque parallèles entre elles, et nous appellerons cette texture U. La seconde texture T présente un angle de torsion φτ=φu ± π • Les molécules effectuent, dans la texture T, une rotation d'environ 180° (± 30°) entre les deux surfaces de la cellule. A ce jour deux afficheurs utilisant ce principe ont été décrits.
Le cristal liquide nématique est chiralisé de façon à présenter un pas spontané p0 proche de quatre fois l'épaisseur d de la cellule, pour égaliser les énergies des deux textures. Le rapport entre l'épaisseur d de la cellule et le pas spontané p0, soit d/p0, est donc environ égal à 0,25 +/- 0,1, de préférence 0,25 ± 0,05. Sans champ électrique, ce sont les états d'énergie minimale. Le document [1] décrit un afficheur qui réalise une commutation entre les deux textures U et T en appliquant une impulsion de champ électrique de forme précise. Cet afficheur est basé sur une cassure de l'ancrage de la molécule de cristal liquide sur une des surfaces d'alignement dit zénithal (documents [2] et [3]), c'est à dire que la molécule est levée par le champ électrique avant de retomber d'un côté ou de l'autre, permettant ainsi l'obtention des deux textures U et T. Dans ce cas, la structure des électrodes nécessaires à l'application du champ est standard, identique à celle utilisée pour les afficheurs cristaux liquides de type TN ou STN. Cette afficheur est dénommé généralement BiNem®."
Le document [4] décrit un afficheur qui utilise également une cassure d'ancrage et un type particulier d'électrodes (dénommé "comb shaped électrodes"), permettant d'obtenir une composante du champ électrique latérale, c'est à dire parallèle au substrat. La commutation entre les deux textures est effectuée dans ce cas par un effet qualifié par l'auteur de cassure de l'ancrage azimutal (document [5]).
La méthode de commutation n'est pas essentielle pour la présente invention. En effet quelque soit le mode de commutation (cassure d'ancrage zénithal ou azimutal), les textures des molécules de cristal liquide sont les mêmes, la commutation s'opérant entre deux textures tordues, l'une faiblement tordue d'angle φu, nommée U, et l'autre fortement tordue d'angle φτ = φu ± π nommée T. Et le comportement optique de l'afficheur dépend uniquement des textures des molécules de cristal liquide. Modes optiques de tels afficheurs
Le mode optique nécessitant une optimisation du blanc est principalement le mode réflectif, qui utilise la lumière ambiante comme source d'éclairage. Dans ce cas, ce qui est recherché est l'obtention d'un écran qui ressemble le plus à de l'encre noire sur du papier blanc. Il existe deux types de mode réflectif : un mode qui utilise deux polariseurs et un miroir. Ce miroir est généralement diffusant. L'un des polariseurs est placé du côté de l'observateur. Il est transmissif. Le second polariseur et le miroir sont au contraire placés sur l'arrière de l'afficheur, à l'opposé de l'observateur. Le polariseur arrière et le miroir peuvent être confondus. Habituellement le miroir (et le polariseur arrière) sont à l'extérieur de la cellule, ce qui crée une image supplémentaire décalée de deux fois la distance entre le miroir et la cellule. Pour supprimer cette image, il faudrait intégrer à l'intérieur de la cellule le polariseur arrière et le miroir. Cependant l'intégration du polariseur n'est pas possible à l'échelle industrielle à ce jour. Ce mode utilise un retard de cellule du même ordre de grandeur qu'un afficheur fonctionnant selon un mode transmis3if, compris entre λ/3 et λ/2 . un mode utilisant un seul polariseur (transmissif) côté observateur et un miroir placé sur l'arrière de la cellule. L'avantage de ce mode est que l'on peut intégrer le miroir à l'intérieur de la cellule. Dans ce cas les deux images coïncident, il n'y a plus d'image parasite .
Le mode réflectif étudié en détail dans la littérature est le mode fonctionnant avec un polariseur et un miroir. Par exemple les documents [4], [6] et [7] calculent des modes optimaux pour un polariseur d'entrée linéaire. Le document [8] étudie ce mode réflectif en utilisant un polariseur d'entrée de type circulaire.
Ce mode, lorsque le miroir est intégré dans la cellule, implique une complication du processus de fabrication car il faut intégrer dans la cellule une fonction réflectrice et diffusante. De plus, la valeur de retard Δnd donnant les meilleurs résultats optiques est de l'ordre de λ/4, λ représentant une longueur d'onde du spectre visible, qui est environ deux fois plus faible que la valeur de retard adaptée dans le cas d'un mode à deux polariseurs. Une diminution d'un facteur deux du retard peut en théorie être obtenue en diminuant soit la valeur du Δn du cristal liquide soit l'épaisseur de la cellule. L'épaisseur préconisée pour un afficheur bistable tel que décrit précédemment est cependant déjà faible, de l'ordre de 2 microns, par rapport à celle d'un afficheur cristal liquide standard de type TN ou STN (autour de 4 à 5 microns) et une division par deux de cette valeur entraînerait de sérieuses complications du processus de fabrication de la cellule. Une diminution de l'anisotropie optique du mélange cristal liquide tout en gardant l'anisotropie électrique nécessaire à la cassure de l'ancrage zénithal est également difficile à réaliser. Pour ces raisons, la présente invention a pour objectif l'optimisation d'un mode réflectif à deux polariseurs, permettant d'utiliser des composants du commerce et n'entraînant aucune modification substantielle du processus de fabrication et du retard optique Δnd, par rapport à une cellule fonctionnant en mode transmissif. De plus, de récentes technologies de polariseurs (document [9]) permettent de réaliser des polariseurs à l'intérieur de la cellule (de type transmissifs ou réflectifs), ce qui permettrait de supprimer l'effet de parallaxe de ce mode, au prix bien entendu d'une modification de la technologie de fabrication de la cellule. Le document [10] décrit les grandes lignes d'un mode réflectif à deux polariseurs sans préciser la configuration exacte et le mode de calcul d'une telle configuration. BASE DE L'INVENTION Le but précité est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables, sans champ électrique, obtenus par cassure d'ancrage, caractérisé par le fait qu'il possède deux polariseurs, l'un placé côté observateur, l'autre sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, l'orientation des deux polariseurs étant décalée d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30° près. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : . les deux états stables correspondent à deux textures de molécules de cristal liquide dont la torsion diffère de 150° à 180° en valeur absolue. . l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, étant comprise dans la gamme comprenant la plage + ou - (10° à 80°) tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la gamme comprenant la plage de + ou - (10° à 80°) pour un retard optique Δnd de l'ordre de 250+ 70nm. . pour un retard optique Δnd = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75° ; -30°] U [10° ; 65°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60° ; -10°] U [30°;80°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -10°] U [30° ; 75°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80° ; -30°] U [10°;60°],
. pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 15° et 30°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -30°] U [25° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40° ; - 10°] U [50°;80°] préférentiellement [-25° ; -10°] U [64° ; 80°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -15° et -30°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -25°] U [30° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80° ; -50°] U [10°;40°] préférentiellement [-80° ; -64°] U [10° ; 25°],
. pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 10° et 20°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60° ; -30°] U [25° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40° ; - 20°] U [50°;70°] préférentiellement [-35° ; -25°] U [55° ; 65°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -10° et -20°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -25°] U [30° ; 60°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -50°] U [20°;40°] préférentiellement [-65° ; -55°] U [25° ; 35°],
. pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75° ; -35°] U [15° ; 55°] préférentiellement [-60°;-50°] U [30°; 40°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50° ; - 20°] U [40°;70°] préférentiellement [-40° ; -30°] U [50° ; 60°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55° ; - 15°] U [35° ; 75°] préférentiellement [-40°;-30°] U [50°; 60°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -40°] U [20°;50°] préférentiellement [-60° ; -50°] U [30° ; 40°],
. pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -40°] U [20° ; 60°] préférentiellement [-55°;-45°] U [35°; 45°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60° ; - 20°] U [30°;70°] préférentiellement [-45° ; -35°] U [45° ; 55°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60° ; - 20°] U [40° ; 65°] préférentiellement [-45°;-35°] U [45°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -30°] U [20°;60°] préférentiellement [-55° ; -45°] U [35° ; 45°], . pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-80° ; -50°] U [10° ; 60°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50° ; -25°] U [45°;65°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60°; -10°] U [50°; 80°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65° ; -45°] U [25°;50°],
. pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5° et 30°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65°; -45°] U [25°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40°; -10°] U [50°;80°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5° et 30°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55°; -25°] U [45°; 65°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80°; -50°] U [10°;40°], . pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5° et 15°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65°; -40°] U [25°; 50°] préférentiellement [- 60°;-45°] U [30°; 45°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50°; -20°] U [40°;65°] préférentiellement [-40°; -30°] U [48°; 60°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5° et -15°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-50°; -25°] U [40°; 65°] préférentiellement [- 45°;-30°] U [45°; 60°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65°; -40°] U [20°;50°] préférentiellement [-60° ; -48°] U [30° ; 40°],
. pour un retard optique Δnd = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-70°; -40°] U [20°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60°; -25°] U [30°;65°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55°; -20°] U [40°; 70°], tandis que l'orientation du polariseur placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65°; -30°] U [25°;60°] . La présente invention propose également un procédé d'optimisation de l'orientation de deux polariseurs dans un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables par cassure d'ancrage, l'un des polariseurs étant placé côté observateur tandis que l'autre polariseur est placé sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
- calculer le pouvoir rotatoire PR à l'aide d'une formule exploitant le retard optique Δnd, la torsion φ et la longueur d'onde λ,
- fixer l'orientation A du polariseur de sortie égale à P+PR, P représentant l'orientation du polariseur côté opposé à l'observateur et PR le pouvoir rotatoire,
- rechercher les valeurs de P qui donnent la plus faible valeur de transmission résultante pour la torsion φ augmentée de π et
- en déduire A.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une cellule à cristaux liquides conforme à la présente invention et définit les angles utilisés dans la suite de l'exposé,
- la figure 2 représente schématiquement les angles ψ et w caractéristiques d'une polarisation elliptique,
- la figure 3 représente la transmission optique de la configuration (Δnd = 275nm, φopt = -156°) décrite dans le tableau 1 en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour l'état blanc sur la figure 3a et pour l'état noir sur la figure 3b, - la figure 4 représente schématiquement les directions de brossage côté analyseur et polariseur et les orientations des molécules de cristal liquide sur les couches d'alignement pour le cas d'un ancrage azimuthal infiniment fort,
- la figure 5 représente la transmission optique de la configuration (Δnd = 230nm, φ imposé à φu = 0° et φT = -180°) décrite dans le tableau 2 en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour l'état blanc sur la figure 5a et pour l'état noir sur la figure 5b, et - la figure 6 représente schématiquement une vue similaire à la figure 4 pour le cas d'un ancrage azimuthal fini sur la plaque de la cellule située du côté de l'analyseur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les inventeurs proposent une démarche qui permet d'obtenir un mode optique à deux polariseurs préférentiellement réflectif, pour une cellule [Φu ;Φτ optimisé pour obtenir une très bonne qualité optique globale de l'état blanc et en tenant compte de certaines contraintes industrielles. Les inventeurs proposent également d'appliquer cette démarche à une cellule réelle, c'est à dire en tenant compte d'un ancrage azimuthal dit « fini » (c'est à dire non infiniment fort) par exemple sur une des couches d'alignement. Dans ce cas, les deux textures diffèrent d'un angle différend de π. Bien entendu la présente invention s'applique également an cas d'un afficheur dans lequel l'ancrage azimuthal est fini sur les deux couches d'alignement, c'est-à-dire sur les deux faces de l'afficheur.
Lorsque l'on cherche à optimiser un mode réflectif, l'idéal est de se rapprocher de la qualité de l'encre noire sur du papier blanc. Le paramètre prépondérant est donc la qualité du blanc, caractérisée par sa luminance et sa couleur sur l'ensemble du demi plan de vision de l'écran.
On va donc choisir pour le blanc la texture de meilleure qualité optique globale. La texture T possède une dispersion en longueur d'onde plus faible et une stabilité optique dans l'angle de vue plus grande que la texture U, et sera donc choisie pour le blanc.
Pour obtenir un noir correct avec la texture U, il est nécessaire d'avoir un retard Δnd de la cellule pas trop éloigné de λ/2, λ représentant une longueur d'onde du spectre visible. DEMARCHE DE CALCUL POUR OPTIMISER LE MODE REFLECTIF D'UNE CELLULE [φ ;φ ± π]
La démarche proposée par les inventeurs consiste à calculer le mode optique optimum donnant le meilleur blanc pour plusieurs valeurs de retard Δnd. La valeur de retard finalement choisie dépendra du compromis qualité du blanc-contraste souhaité.
Les orientations des polariseurs qui maximisent le blanc et minimisent le noir en « aller retour » sont les mêmes que celles qui/ -maximisent le blanc et minimisent le noir en « aller simple ». Par contre si Tas est la transmission optique de la cellule en « aller simple », TR= Tas2 est la transmission en « aller retour » qui permet de calculer les performances de l'afficheur réflectif (Luminance, contraste, couleur). Le noir, donc le contraste, est très nettement amélioré lors d'un aller retour au travers de la cellule par rapport à un aller simple.
Caractéristiques optiques d'une cellule cristal liquide
On a représenté schématiquement sur la figure 1 annexée une cellule d'affichage à cristal liquide conforme à la présente invention comprenant: - un polariseur analyseur 10 côté observateur,
- deux plaques 20, 30 confinant les molécules de cristal liquide nématique séparées d'une distance d, et
- un polariseur 40 associé à un réflecteur, disposé sur l'arrière de l'afficheur, soit à l'opposé de l'observateur. Sur la figure 1 annexée, la flèche 50 représente schématiquement le trajet des rayons lumineux, le tronçon 52 représentant la partie aller (de transmission optique Taller) du trajet des rayons lumineux qui traverse l'analyseur 10 et la cellule matérialisée par les plaques 20, 30 avant de parvenir au polariseur 40, tandis que le tronçon 54 représente la partie retour (de transmission optique Tretour) du trajet des rayons réfléchis sur le polariseur 40.
Comme indiqué précédemment la transmission Tréflectif = Taller x Tretour = T2retour, car Taller = Tretour On a représenté sur la figure 1 un repère orthonormé x', y', z', dont les directions x', y' définissent un plan perpendiculaire à la direction de propagation des rayons lumineux et z' est parallèle à cette direction de propagation. Le directeur nématique des molécules sur la plaque 20, (c'est-à-dire la direction d'ancrage sur cette plaque 20) est référencé 22. Le directeur nématique sur la plaque 30 est référencé 32.
Les ancrages sur les plaques 20 et 30 sont adaptés pour permettre une commutation des molécules de cristal liquide nématique entre deux états respectivement stables U et T, qui diffèrent entre eux d'une torsion de l'ordre de π, par application de signaux électriques appliqués sur des électrodes prévues sur les plaques 20 et 30 selon les modalités connues décrites dans les documents précités. Une telle cellule de cristal liquide est caractérisée par :
- son retard Δnd, produit de la différence des indices Δn du cristal liquide par l'épaisseur d de la cellule
-sa torsion φ
- les angles P et A que font respectivement le polariseur arrière 40 et le polariseur/analyseur avant 10 avec un repère fixe (qui selon la figure 1 coïncide arbitrairement avec l'axe x').
Dans le cas d'une cellule réflective, la lumière qui éclaire l'écran est la lumière ambiante située du côté de l'observateur. Le polariseur 40 de la figure 1 est donc de type réflectif et le polariseur de sortie 10 (côté observateur) est de type transmissif.
On appelle α et β les angles que font respectivement le polariseur 40 et l'analyseur 10 avec le directeur du cristal liquide situé du même côté. Soit φP et φA les angles que font les directeurs 22, 32 sur les deux plaques 20 et 30 par rapport à l'axe x' du repère x' y' z1, alors : P=α + φP et A = β + φA
La valeur de la torsion de la cellule de cristal liquide est obtenue en effectuant la différence entre le directeur 22 du cristal liquide sur une des faces 20 de la cellule et le directeur 32 sur l'autre face 30 : φ ≈ φA -
Pour une simplification des notations, nous prendrons le directeur 32 du cristal liquide côté polariseur 40 selon x' soit φP =0 et ψA = φ, d'où : P = α et A = β +φ . Calcul de la transmission d'une cellule cristal liquide tordue
La forme analytique de la transmission optique d'une cellule cristal liquide en fonction des paramètres Δnd, φ, P (ou α) et A (ou β), est donnée dans de nombreuses publications (document 7 ou 8 par exemple), pour une lumière polarisée.
On considère ici la transmission d'un « retour » simple, que nous appellerons Trs, dans la mesure où comme indiqué précédemment, les orientations des polariseurs qui maximisent le blanc sont les mêmes pour un trajet simple et pour un trajet aller-retour. Le document [8] par exemple donne la formule suivante retenue par les inventeurs :
Trs{φ,λ) = cos2 (a + β)- cos2 tan Y + tan2/
Figure imgf000016_0001
[1]
Figure imgf000016_0002
La formule [1] peut être également obtenue en fonction de A et P au lieu de α et β.
Caractéristiques de la polarisation après la traversée de la couche de cristal liquide
Les inventeurs utilisent le formalisme de Poincaré, qui décrit les différents états de polarisation possibles ainsi que l'évolution de celle-ci lors de sa propagation dans la cellule par un tracé sur une sphère prénommée sphère de Pointcaré (documents [9] ou [10]).
Cet outil très puissant pour qui sait voir dans l'espace tridimentionnel permet une meilleure compréhension de l'effet optique de la cellule de cristal liquide pour la texture fortement tordue (torsion de l'ordre de π).
Le principal résultat obtenu par les inventeurs grâce à cet outil est que la texture T (torsion φτ de l'ordre de π) est, pour des retards de cellules
Δnd inférieurs ou égal à λ/2 (λ longueur d'onde du spectre visible), équivalente à un pouvoir rotatoire PR presque parfait. Ceci signifie que quelque soit l'angle de la polarisation d'entrée, la polarisation de sortie Pout est faiblement elliptique (presque linéaire) et le grand axe de cette ellipse fait un angle PR par rapport à la polarisation d'entrée. La polarisation de sortie Pout, a priori quelconque donc elliptique , peut être caractérisée par 2 angles ψ et ω. Ψ est l'angle que fait le grand axe de l'ellipse avec x' et ω caractérise l'ellipticite de la polarisation (voir figure 2).
On a (pour le trajet retour simple) Ψ = P + PR
Grâce à la sphère de Poincaré il est également possible d'obtenir la forme analytique de PR et de ω:
Figure imgf000017_0001
sin2<2? = 2sin sin (cos 2αcos77sinA" + sin2û;cos ) [4]
avec cos77 = — ' X La formule [3] est valable en première approximation, lorsque X est proche de π, ce qui est toujours vrai dans les cas traités dans le cadre de la présente invention.
L'annulation de l'ellipticite ω équivaut à l'obtention en sortie de cellule d'une polarisation linéaire, c'est à dire une configuration ou l'on pourra obtenir avec l'analyseur 10 un noir ou un blanc parfait.
Le fait de pouvoir prédire grâce à la formule [3] la valeur du pouvoir rotatoire PR, permet de calculer l'angle ψ de la polarisation de sortie Pout. La configuration pour A (c'est-à-dire l'orientation de l'analyseur 10) donnant le meilleur blanc pour un P donné (P représentant l'orientation du polariseur 40) est A parallèle à ψ. soit A = P+PR [5]
La condition qui annule l'ellipticite ω est X = π. Soit :
Figure imgf000017_0002
Ainsi lorsque λ est fixé, il existe une relation entre φ et Δnd permettant d'obtenir une polarisation de sortie Pout linéaire. Nous appellerons φopt la valeur de φ calculée avec la formule [6] pour un retard donné.
Calcul de la configuration optimale- Cas où le paramètre φ est libre
La configuration optimale est calculée pour un retard de cellule Δnd et une longueur d'onde λ donnée.
La formule [6] permet de calculer la valeur de φ optimale φopt pour le retard Δnd choisi. Optimisation du blanc
A partir des valeurs fixées de Δnd, φopt et λ , on calcule avec la formule
[3] la valeur du pouvoir rotatoire PR.
Pour obtenir un blanc optimum il faut placer l'analyseur de sortie 10, ou,
A, parallèle à Pout (formule [5]) : soit A = P+PR
Recherche du meilleur noir A (ou β) est remplacé par sa valeur en fonction de P (ou α) dans la formule de la transmission TRefeictιf =Trs2 avec Trs telle que définie par la formule [1], avec φu = φτ+π. La seule variable restante est P (ou α). On recherche la valeur de P (ou α) qui donne la valeur la plus faible de
Trs2. Une fois P déterminée, la valeur de A est obtenue à l'aide de la formule [5].
Exemples de calcul - Cas où le paramètre φ est libre Le tableau 1 décrit les configurations optiques reflectives optimales pour différentes valeurs du retard égales à λ/2 dans la plage du spectre visible (400nm pour le bleu à 620nm pour le rouge). Le paramètre φ est choisi égal à φopt pour chaque valeur de retard. Pour estimer les performances de ces configurations et les comparer entre elles, figurent également dans le tableau 1 la valeur des luminances normalisées de l'état noir et de l'état blanc calculées sur l'ensemble du spectre visible, ainsi que le contraste CR rapport des deux luminances. Les luminances normalisées sont calculées comme suit :
Figure imgf000019_0001
avec TR(λ) transmission optique de la cellule cristal liquide en aller retour, y(λ) sensibilité de l'oeil et s(λ) spectre de la source d'illumination, que nous supposons constant et égal à 1 (spectre dit « plat »). Sont également calculées les coordonnées colorimétriques x, y du blanc (système CIE), très importantes pour le rendu visuel de l'écran. Rappelions que le blanc parfaitement neutre a pour coordonnées (0,333; 0,333). Pour tous les retards Δnd considérés dans le tableau 1, le blanc est très proche de 1, car la texture T fonctionne de façon optimale, la polarisation de sortie étant linéaire pour le cas φop . La couleur du blanc reste proche du blanc théorique (0,333; 0,333) pour tous les cas. On constate cependant un « jaunissement » lorsque le retard augmente. Dans cette mesure, les valeurs correspondant à un retard Δnd inférieur à 230nm sont préférées.
Le noir est obtenu avec la texture U. Il est donc optimisé lorsque celle ci a un retard de λ/2 pour la longueur d'onde où l'œil est le plus sensible. On retrouve bien dans le tableau 1 la meilleure valeur de contraste théorique pour le retard 275 nm, qui correspond à λ/2 pour 550 nm, pic de sensibilité de l'oeil. La valeur de contraste pour 275 nm est très élevée, dû au double passage dans la cellule. Ce double passage permet également d'obtenir de bonnes valeurs de contraste (> 50) sur une plage importante de retards. Une configuration satisfaisante pour le contraste est en théorie un retard de 275 nm, mais un retard plus faible (230nm ou 200 nm) permet d'obtenir un blanc plus neutre colorimétriquement et serait donc préféré, comme indiqué ci-dessus. Le retard choisi dépendra du compromis souhaité. L'ensemble de ces configurations possèdent à priori des performances acceptables pour un écran en mode réflectif. A titre illustratif les transmissions optique TR des états blancs et noirs correspondant au retard 275 nm du tableau 1 sont données figure 3 en fonction de la longueur d'onde.
Réalisation de la cellule cristal liquide - cas de l'ancrage azimuthal infiniment fort
Lorsque l'ancrage azimuthal de la molécule de cristal liquide sur la couche d'alignement est infiniment fort, le directeur 22, 32 de la molécule de cristal liquide sur chaque face 20, 30 de la cellule est déterminé par la direction de brossage de la couche d'alignement (de type chimique polyimide par exemple) utilisée sur cette face. En effet pour un ancrage azimuthal infiniment fort, le directeur du cristal liquide s'aligne parallèlement à la direction de brossage (voir figure 4). Dans ce cas, une valeur précise de φ est obtenue en fixant les directions de brossage des deux couches d'alignement sur la machine de production de l'afficheur, telles qu'elles fassent entre elles un angle φ.
Calcul de la configuration optimale- Cas où le paramètre φ* est imposé
Les directions de brossage de la cellule peuvent être imposées par exemple par le procédé industriel. Dans ce cas, le calcul de la meilleure configuration pour le polariseur 40 ou P et l'analyseur 10 ou A selon le critère du meilleur blanc s'effectue de la façon suivante : Optimisation du blanc
A partir des valeurs fixées de Δnd, φιmp0sé et λ , on calcule avec la formule [3] la valeur du pouvoir rotatoire PR. Pour obtenir un blanc optimum il faut A parallèle à Pout (formule [5]): soit A = P+PR Recherche du meilleur noir A (ou β) est remplacé par sa valeur en fonction de P (ou α) dans la formule de la transmission TR = Trs2 , avec φu = φτ+π. La seule variable restante est P (ou α). On recherche la valeur de P (ou α) qui donne la valeur la plus faible de Trs2. Une fois P déterminée, la valeur de A est obtenue à l'aide de la formule [5]. Exemples de calcul - Cas où le paramètre φ* est imposé
Le tableau 2 décrit les configurations optiques reflectives optimales pour différentes valeurs du retard proche de λ/2. Le paramètre φimposé est choisi tel que φτ=-180° φu=0° . Les performances du mode réflectif pour φ=0° sont proches de celles obtenues pour φopt. Le blanc est un peu moins bon (d'environ 5%) du fait que la texture T n'est pas à l'optimum, mais la polarisation de sortie reste très faiblement elliptique, ce qui garantit un bon niveau de blanc. Plus le retard diminue, plus on se rapproche de la condition φopt (φopt se rapproche de -180° quand le retard diminue). Pour 200 nm, le blanc est très proche de 1. On retrouve l'effet de jaunissement quand le retard augmente.
Le noir est réalisé par une texture U sans torsion qui agit, comme précédemment, comme une lame biréfringente. La valeur maximale du contraste correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais le contraste reste élevé pour les autres retards du fait du double passage.
La meilleure configuration pour le contraste est un retard de 275 nm, mais un retard plus faible (230nm ou 200 nm) permet d'obtenir un blanc plus neutre colorimetriquement. Le retard choisi dépend du compromis souhaité.
L'ensemble de ces configurations possèdent des performances acceptables pour un écran en mode réflectif. A titre illustratif les transmissions optique TR des états blancs et noirs correspondant au retard 230 nm du tableau 2 sont données figure 5 en fonction de la longueur d'onde.
Amélioration de la neutralité colorimétrique du blanc Une solution pour améliorer la neutralité colorimétrique du blanc est d'ajuster les polariseurs 10 ou A et 40 ou P à des angles voisins mais différents de ceux calculés par la méthode décrite précédemment. Dans ce cas, la condition sur le pouvoir rotatoire qui garantit le blanc le plus lumineux n'est plus strictement respectée. En fait on accepte de perdre sur la luminance du blanc pour améliorer la colorimétrie. Un exemple est donné dans le tableau 2' pour un retard de 230 nm et un φ imposé tel que pour le tableau 2 (φιm osé est choisi tel que φτ=-180° φu=0°) . On constate que pour les angles de P et A du tableau 2', le contraste a été divisé par 2 par rapport à la solution calculée du tableau 2, mais reste acceptable. La couleur du blanc a été modifiée, elle est légèrement bleutée et plus proche du blanc théorique. Mode transflectif
L'ensemble des calculs décrits plus haut peuvent être appliqué au mode optique intermédiaire dit transflectif, pour lequel le polariseur arrière 40 ou P est transflectif, c'est à dire partiellement réfléchissant : une partie de la lumière polarisée est transmise, l'autre partie est réfléchie. Cela permet à l'écran de fonctionner soit en mode transmissif lorsqu'il est éclairé par un « éclairage arrière», soit en mode réflectif utilisant la lumière ambiante comme source de lumière lorsqu'il n'est pas rétroéclairé. L'optimisation du blanc est identique pour les modes réflectifs et transflectifs, mais pour ce dernier la qualité du noir est faible lorsque qu'il fonctionne en mode transmissif (le noir n'est pas optimisé puisque la lumière opère, un « aller simple » au travers de la cellule au lieu d'un « aller retour » pour le mode réflectif). CAS REEL D'UN ANCRAGE AZIMUTHAL FINI
Lorsque l'ancrage azimuthal est fini (non infiniment fort), les forces élastiques qui s'exercent sur les molécules proches de la surface du fait du dopage chiral du mélange cristal liquide, font « décrocher » ces molécules, c'est à dire que le directeur 22, 32 du cristal liquide n'est plus strictement parallèle à la direction de brossage, mais décalé d'un angle DE appelé « décrochage élastique ». Pour simplifier l'exposé de l'invention sur ce point, on suppose qu'une seule couche d'ancrage possède un ancrage azimutal fini, l'autre couche possédant un ancrage azimutal infiniment fort. Le décrochage va dans le sens de diminuer la valeur absolue de la torsion de faible valeur φu , qui devient par exemple φu - DE pour φu >0, et de diminuer la valeur absolue de la torsion de forte valeur φτ , qui devient par exemple φτ + DE pour φτ<0 (voir figure 6). Nous appelons φ* l'angle que font les directions de brossage entre elles. Du fait du décrochage on a : φj, -(fa =-π+2DE
Le décrochage élastique est directement relié à la force d'ancrage azimuthale caractérisée par sa longueur d'extrapolation Laz selon la relation :
2d
Un ancrage azimutal fini possède typiquement Laz de l'ordre de 100 à
200 nm , soit DE compris entre quelques degrés et 15 ° environ. Le paramètre DE est un paramètre physique mesurable expérimentalement, donc supposé connu.
Nous choisissons pour les exemples suivants des valeurs de DE de 5° et
10°.
Cas où le paramètre ψ* est libre Nous allons calculer les valeurs optimales de φ* en fonction du décrochage DE , ainsi que la configuration optique correspondante.
Pour chaque retard Δnd on appelle φopt le valeur optimale de la torsion telle que définie par la formule [6].
La valeur effective de la forte torsion φτ vaut (cf figure 6) : φτ = -π + φ * +DE
Figure imgf000023_0001
* = π + φopt - DE
Le pouvoir rotatoire PR est calculé pour (Δnd, φopt ) à l'aide de la formule [3], puis la relation entre A et P est injectée dans la formule de TR pour φu = φ* - DE, et l'on recherche numériquement les valeurs de P qui minimisent la transmission TR.
Les configurations optiques optimales sont calculées pour les trois valeurs de retard 310nm, 275nm et 230nm, et pour les 2 valeurs de DE 5° et 10°, respectivement dans les tableaux 3, 4 et 5. On constate sur ces tableaux qu'en présence de décrochage élastique, il est possible d'optimiser les directions de brossage (φ*) pour obtenir de bonnes performances du mode réflectif : le blanc est pour tous les cas très proche de 1. Le contraste le plus élevé correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais il reste acceptable pour les autres valeurs de retard considérées. L'ensemble de ces configurations possèdent des performances acceptables pour un écran en mode réflectif. Cas où le paramètre φ* est imposé
Pour des raisons pratiques de procédé industriel ou de bon fonctionnement de l'afficheur, la direction de brossage des cellules φ* peut être imposée , typiquement à 0° par exemple.
La valeur effective de φτ vaut dans ce cas (cf figure 6) : φτ = -π + φ ' +DE
Le pouvoir rotatoire PR est calculé pour la valeur de φτ correspondante, puis comme précédemment la valeur de A en fonction de P découlant de la formule 5 est injectée dans la formule de TR pour φu = φ* - DE, et l'on recherche les valeurs de P qui minimisent la transmission TR. Les résultats pour les 3 valeurs de retards précédentes sont donnés respectivement dans les tableaux 6, 7 et 8. On constate sur ces tableaux qu'en présence de décrochage élastique et avec φ* imposé à 0°, il est possible d'obtenir de bonnes performances du mode réflectif : le blanc est pour tous les cas très proche de 1. Le contraste le plus élevé correspond comme précédemment à un retard de 275 nm, mais il reste acceptable pour les autres valeurs de retard considérées. L'ensemble de ces configurations possède des performances acceptables pour un écran en mode réflectif.
A partir de ces configurations calculées, il est bien entendu possible de modifier la colorimétrie du blanc au prix d'une baisse de contraste en ajustant les angles de A et P tel que décrit dans le cas de l'ancrage azimuthal fort.
Les calculs décrits dans ce paragraphe s'appliquent également au mode transflectif.
Figure imgf000025_0002
Table 1 : configurations optimales pour différentes valeurs de retards,
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0003
Table 2 : configurations optimales pour différentes valeurs de retards, avec φ imposé.
Figure imgf000025_0004
Figure imgf000026_0001
Table 2' : configuration « modifiée » pour améliorer la colorimetrie du blanc, retard 230 nm et φ imposé.
Figure imgf000026_0002
Tableau 3 : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 310 nm; φopt=-149° ; λ=550 nm), φ* libre
Figure imgf000026_0003
Tableau 4: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 275 nm; φopt=- 156° ; λ=550 nm), φ* libre
Figure imgf000027_0002
Tableau 5: exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 230 nm;
Figure imgf000027_0001
163,5° ; λ=550 nm), φ* libre
Figure imgf000027_0003
Tableau 6 : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 310 nm; λ=550 nm) avec φ* imposé à 0°.
Figure imgf000027_0004
Tableau 7 : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 275 nm; λ=550 nm) avec φ* imposé à 0°.
Figure imgf000028_0001
Tableau 8 : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 230 nm; λ=550 nm) avec φ* imposé à 0°. VARIANTES DE L'INVENTION L'exposé qui précède concerne un cristal liquide levogyre. L'invention est bien entendu valable lorsque le cristal liquide est dextrogyre. Dans ce cas, les configurations équivalentes s'obtiennent en inversant les signes de φU et φT. Les orientations optimales des polariseurs 40 et analyseur 10 sont obtenues en inversant les signes des P et des A. A titre d'exemple, on donne les tableaux dextrogyres correspondants aux tableaux 2',3, 5, 6 et 8 du cas levogyre respectivement dans les tableaux 9 , 10 ,11, 12 et 13:
Figure imgf000028_0002
Table 9 (ex 2') : configuration « modifiée » pour améliorer la colorimetrie du blanc, retard 230 nm et φ imposé - cas d'un cristal liquide dextrogyre.
Figure imgf000029_0002
Tableau 10 (ex 3): exemple de solutions pour différentes va eurs de décrochage élastique pour (Δnd = 310 nm; φop =-149° ; λ=550 nm), φ* libre - cas d'un cristal liquide dextrogyre
Figure imgf000029_0003
Tableau 11 (ex 5) : exemple de solutions pour différentes va eurs de décrochage élastique pour (Δnd = 230 nm;
Figure imgf000029_0001
163,5° ; λ=550 nm), φ* libre - cas d'un cristal liquide dextrogyre
Figure imgf000029_0004
Tableau 12 (ex 6) : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 310 nm; λ=550 nm) avec φ* imposé à 0° - cas d'un cristal liquide dextrogyre.
Figure imgf000030_0001
Tableau 13 (ex 8) : exemple de solutions pour différentes valeurs de décrochage élastique pour (Δnd = 230 nm; λ=550 nm) avec φ* imposé à 0°- cas d'un cristal liquide dextrogyre. REFERENCES Document [1] : brevet FR 2740894 Document [2] : "Fast bistable nematic display using monostable surface anchoring switching" Proceeding SID 1997, p41-44 Document [3] : "récents improvements of bistable nematic displays switched by anchoring breaking" SPIE vol.3015 (1997), pδl-69 Document [4] : brevet US 2003/0076455 Document [5] : "Dynamic flow, broken surface anchoring, and switching bistability in three-terminal twisted nematic liquid crystal displays"
Journal of Applied Physics, vol 90, n° 6, p 3121-3123 (2001) Document [6] : brevet FR 2808891 Document [7] : "optical optimisation of surface controlled bistable twisted nematic liquid crystal displays" Proceeding SID 2000, p 241-243 Document [8] : brevet FR 2808890 Document [9] : "Thin Crystal film polarizers and retarders", Proc of SPIE vol 4658, p 79-90, 2002 Document [10] : "reflective bistable nematic displays (BiNem®) fabricated by standard manufacturing equipment", Journal of the SID 11/1, 2003, 217-224

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables, sans champ électrique, obtenus par cassure d'ancrage, caractérisé par le fait qu'il possède deux polariseurs (10, 40), l'un (10) placé côté observateur, l'autre (40) sur la face opposée de la cellule à cristal liquide et ce dernier étant au moins partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, l'orientation des deux polariseurs (10, 40) étant décalée d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30° près.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que. l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, étant comprise dans la gamme comprenant la plage + ou - (10° à 80°) tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la gamme comprenant la plage de + ou - (10° à 80°) pour un retard optique Δnd de l'ordre de 250+ 70nm.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75° ; -30°] U [10° ; 65°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60° ; -10°] U [30°;80°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -10°] U [30° ; 75°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80° ; -30°] U [10°;60°].
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 15° et 30°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -30°] U [25° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40° ; -10°] U [50°;80°] préférentiellement [-25° ; -10°] U [64° ; 80°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -15° et -30°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -25°] U [30° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80° ; -50°] U [10°;40°] préférentiellement [-80° ; -64°] U [10° ; 25°].
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 10° et 20°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60° ; -30°] U [25° ; 65°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40° ; -20°] U [50°;70°] préférentiellement [-35° ; -25°] U [55° ; 65°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -10° et -20°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -25°] U [30° ; 60°] préférentiellement [-50°;-40°] U [40°; 50°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -50°] U [20°;40°] préférentiellement [-65° ; -55°] U [25° ; 35°].
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-75° ; -35°] U [15° ; 55°] préférentiellement [-60°;-50°] U [30°; 40°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50° ; -20°] U [40°;70°] préférentiellement [-40° ; -30°] U [50° ; 60°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55° ; -15°] U [35° ; 75°] préférentiellement [-40°;-30°] U [50°; 60°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -40°] U [20°;50°] préférentiellement [-60° ; -50°] U [30° ; 40°].
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65° ; -40°] U [20° ; 60°] préférentiellement [-55°;-45°] U [35°; 45°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60° ; -20°] U [30°;70°] préférentiellement [-45° ; -35°] U [45° ; 55°] , et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60° ; -20°] U [40° ; 65°] préférentiellement [-45°;-35°] U [45°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-70° ; -30°] U [20°;60°] préférentiellement [-55° ; -45°] U [35° ; 45°].
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-80° ; -50°] U [10° ; 60°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50° ; -25°] U [45°;65°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-60°; -10°] U [50°; 80°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65° ; -45°] U [25°;50°].
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 280 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5° et 30°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65°; -45°] U [25°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-40°; -10°] U [50°;80°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5° et 30°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55°; -25°] U [45°; 65°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-80°; -50°] U [10°;40°].
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 220 +/- 30 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 5° et 15°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-65°; -40°] U [25°; 50°] préférentiellement [-60°;-45°] U [30°; 45°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-50°; - 20°] U [40°;65°] préférentiellement [-40°; -30°] U [48°; 60°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre -5° et -15°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-50°; -25°] U [40°; 65°] préférentiellement [-45°;-30°] U [45°; 60°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65°; -40°] U [20°;50°] préférentiellement [-60° ; -48°] U [30° ; 40°].
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que pour un retard optique Δnd = 250 +/- 70 nm, dans le cas d'un cristal liquide levogyre et pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-70°; -40°] U [20°; 55°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-60°; -25°] U [30°;65°], et dans le cas d'un cristal liquide dextrogyre, pour des directions de brossage faisant entre elles entre 0° et +/-5°, tenant compte d'un décrochage élastique entre 1° et 12°, l'orientation du polariseur (40) placé à l'opposé de l'observateur, par rapport au directeur nématique sur la face associée de la cellule, est comprise dans la plage [-55°; -20°] U [40°; 70°], tandis que l'orientation du polariseur (10) placé du côté de l'observateur, par rapport à la même référence de directeur nématique, est comprise dans la plage [-65°; -30°] U [25°;60°].
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le rapport entre l'épaisseur d de la cellule et le pas spontané p0 des molécules de cristal liquide, est environ égal à 0,25 +/- 0,1, de préférence 0,25 ± 0,05.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les deux états stables correspondent à deux textures de molécules de cristal liquide dont la torsion diffère de 150° à 180° en valeur absolue.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'état passant est obtenu avec la texture de plus forte torsion.
15. Procédé d'optimisation de l'orientation de deux polariseurs
(10, 40) dans un dispositif d'affichage à cristal liquide nématique présentant deux états stables, sans champ électrique, obtenus par cassure d'ancrage, l'un des polariseurs (10) étant placé côté partiellement réfléchissant pour définir un mode réflectif ou transflectif, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à orienter les deux polariseurs (10, 40) de sorte qu'ils soient décalés d'une valeur égale au pouvoir rotatoire de la cellule à +/- 30° près.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
- calculer le pouvoir rotatoire PR à l'aide d'une formule exploitant le retard optique Δnd, la torsion φ et la longueur d'onde λ,
- fixer l'orientation A du polariseur de sortie (10) égale à P+PR, P représentant l'orientation du polariseur (40) côté opposé à l'observateur et PR le pouvoir rotatoire,
- rechercher les valeurs de P qui donnent la plus faible valeur de transmission résultante pour la torsion φ augmentée de π et
- en déduire A.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base de la relation :
Figure imgf000037_0001
18. Procédé selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé par le fait que la valeur de la transmission est définie par la relation :
Tτs(φ, λ) = cos2 ( + β) - cos2 X cos 2α cos 2β t tanAr - tan2o: l tan 2β X x tan X +
[1].
19. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion optimal φopt déterminé sur la base de la relation :
Figure imgf000037_0002
20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion imposée par l'ancrage azimuthal.
21. Procédé selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'adaptation des angles des polariseurs pour améliorer la neutralité colorimétrique du blanc obtenu.
22. Procédé selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé par le fait que le pouvoir rotatoire PR est calculé sur la base d'une valeur de torsion qui intègre un décrochage (DE) résultant d'un ancrage azimuthal fini.
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