WO2002027393A1

WO2002027393A1 - Dispositif d'affichage bistable a base de cristaux liquides

Info

Publication number: WO2002027393A1
Application number: PCT/FR2001/002996
Authority: WO
Inventors: Philippe R. Martinot-Lagarde; Ivan N. Dozov
Original assignee: Nemoptic SA
Current assignee: Nemoptic SA
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2003-03-29
Also published as: FR2814847A1; FR2814847B1; AU2001293926A1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage nématique bistable ou métastable comprenant deux plaques parallèles (10, 12) munies d'électrodes sur leurs faces internes et contenant un matériau cristal liquide (20), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens définissant un ancrage des molécules incliné sur chaque plaque, les moyens d'ancrage étant aptes à définir dans la cellule, un plan parallèle aux plaques où, dans un des états, le cristal liquide est orienté parallèlement aux plaques, les molécules étant inclinées par rapport aux plaques en dehors de ce plan, et des moyens aptes à appliquer sur commande un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan précité, pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre n &curren& matique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques.

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE BISTABLE A BASE DE CRISTAUX LIQUIDES

La présente invention concerne le domaine des afficheurs cristal liquide et plus précisément les afficheurs cristal liquide bistables et métastables. Elle peut s'appliquer aussi bien aux obturateurs, afficheurs présentant le même état sur toute leur surface, qu'aux écrans, afficheurs dont la surface est séparée en petites parties

(pixels) formant des cellules dont les états sont indépendants.

Les afficheurs bistables possèdent au moins deux états qui restent stables pendant un temps infini en absence de champ appliqué. L'un des états est l'état noir, l'autre l'état blanc. La stabilité est infinie parce que les énergies des textures du cristal liquide dans ces deux états sont égales et qu'il existe une barrière de potentiel interdisant le passage spontané entre les deux états.

Les afficheurs métastables possèdent aussi plusieurs états stabilisés habituellement topologiquement, par exemple par l'ancrage du cristal liquide sur les surfaces; mais les énergies des textures correspondant aux différents états ne sont pas les mêmes. Les états de plus fortes énergies sont métastables, ils restent stables sans champ, en l'absence de perturbations; dans le cas contraire, ils repassent dans l'état de plus faible énergie. La perturbation peut par exemple être due à un défaut local d'orientation du cristal liquide. La plupart des afficheurs cristal liquide sont monostables. Dans ceux-ci une seule texture est réalisée sans champ. Sous champ, cette texture varie progressivement donnant des états de plus en plus lumineux (ou de plus en plus noirs). Ce type d'afficheur nécessite un rafraîchissement permanent de l'image et ainsi une consommation d'énergie constante. La monostabilité des pixels limite aussi le nombre de lignes de la matrice de l'afficheur.

Les afficheurs bistables ou métastables évitent les deux inconvénients précédents. Une fois affichée, l'image reste longtemps ou éternellement sans nécessiter de rafraîchissement, donc sans consommation d'énergie. Le nombre de lignes de l'afficheur n'est limité que par le rapport entre le temps accepté pour écrire l'image complète et le temps nécessaire à l'inscription d'une ligne.

Plusieurs types de dispositifs nématiques bistables ou métastables ont été proposés à ce jour. Ils diffèrent par le choix des états stables et par les mécanismes de commutation entre ces états. Le document [1] divulgue un afficheur bistable dont les textures stables diffèrent par une torsion de 360°. La commutation sous champ est obtenue par une distorsion continue du directeur nématique dans le volume de la cellule, sans changement des ancrages monostables sur les deux lames. Le document [2] divulgue un afficheur dont les deux états bistables ou métastables sont peu ou pas tordus. Ils diffèrent par une flexion. La commutation entre les deux états est obtenue sous champ électrique par propagation de défauts.

Les documents [3] et [4] proposent deux textures bistables quasi uniformes, tournées de 45° l'une par rapport à l'autre. Ces deux textures sont obtenues grâce à des ancrages bistables sur les deux surfaces de la cellule. La commutation est obtenue, après cassure de l'ancrage par un fort champ, par l'utilisation d'effets électriques polaires.

Le document [5] propose un afficheur bistable dont les deux textures, réalisées avec des ancrages monostables sur les surfaces, diffèrent par une torsion de 180°. La commutation entre les deux textures est obtenue sous fort champ par la cassure de l'ancrage monostable sur au moins une des surfaces et l'utilisation d'un effet hydrodynamique.

Le document [6] propose un afficheur bistable dont les deux textures diffèrent par une torsion de 90°. La commutation entre ces deux textures est obtenue, sous champ, par une transition d'ancrage induite par création et annihilation de défauts près d'une des surfaces.

Tous ces dispositifs connus présentent certains inconvénients. Par exemple la commutation par défauts est intrinsèquement lente et irrégulière. La commutation par transition ou cassure de l'ancrage nécessite des ancrages bistables ou de faible énergie d'ancrage, ces deux propriétés sont difficiles à réaliser pratiquement.

La présente invention a pour but de proposer de nouveaux moyens permettant de supprimer les inconvénients de la technique antérieure.

Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage nématique bistable ou metastable comprenant : - des moyens définissant un ancrage des molécules, incliné sur chaque plaque,

- les moyens d'ancrage étant aptes à définir dans la cellule, un plan parallèle aux plaques où, dans un des états, le cristal liquide est orienté parallèlement aux plaques, les molécules étant inclinées par rapport aux plaques en dehors de ce plan, et

- des moyens aptes à appliquer sur commande un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan précité, pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre nématique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques. Selon une mise en œuvre particulière, conforme à la présente invention, les moyens d'ancrage définissent un ancrage monostable et de préférence de forte énergie.

Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le plan précité dans lequel les molécules sont parallèles aux plaques, est situé sensiblement au milieu de la cellule.

La présente invention propose également un procédé d'affichage nématique bistable ou metastable comprenant les étapes qui consistent à :

- définir un ancrage des molécules incliné sur chaque plaque,

- les moyens d'ancrage étant aptes à définir dans la cellule, un plan parallèle aux plaques où, dans un des états, le cristal liquide est orienté parallèlement aux plaques, les molécules étant inclinées par rapport aux plaques en dehors de ce plan et

- à appliquer sur commande un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan précité, pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre nématique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques. 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'exemple non limitatif et sur lesquels : - les la, lb, le, ld et le illustrent la commutation par la fusion de l'ordre nématique induite par une impulsion de champ électrique, entre deux textures (illustrées sur les figures la et le) stables sans champ appliqué obtenues avec des ancrages inclinés symétriques, - les figures 2a, 2b et 2c présentent des photographies d'un pixel prises sous microscope polarisant éclairé par un stroboscope, sur un dispositif conforme à la présente invention,

- la figure 3 montre, en fonction de leurs amplitudes, la durée des impulsions nécessaires pour créer les défauts et pour commuter les états dans le cadre de la présente invention,

- la figure 4 dom e la variation de l'amplitude de l'impulsion requise dans le cadre de la présente invention, en fonction de la température réduite pour trois matériaux cristaux liquides de forte anisotropie diélectrique positive,

- la figure 5 est un schéma du mécanisme de disparition du mur par fusion incomplète de l'ordre nématique et passage par des états biaxes, exploité dans le cadre de la présente invention.

Le dispositif conforme à la présente invention comprend deux plaques transparentes parallèles 10, 12 munies d'électrodes transparentes sur leurs faces internes et contenant un matériau cristal liquide 20. Typiquement l'épaisseur de la cellule, c'est à dire la distance séparant les deux plaques 10 et 12 est de l'ordre de 1,6 μm.

Comme on l'a indiqué précédemment le dispositif conforme à la présente invention comprend plus précisément encore:

- des moyens définissant un ancrage des molécules, incliné sur chaque plaque, et aptes à définir dans la cellule, un plan (P) parallèle aux plaques où, dans un des états, le cristal liquide est orienté parallèlement aux plaques, les molécules étant inclinées par rapport aux plaques en dehors de ce plan, et

- des moyens aptes à appliquer sur commande, entre les électrodes, un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan (P), pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre nématique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques.

De préférence dans le cadre de la présente invention, les ancrages sur les plaques 10 et 12 sont monostables. Ces ancrages monostables, inclinés et de forte énergie, sont faciles à réaliser dans l'état de l'art actuel.

De préférence il s'agit d'un ancrage à forte énergie, bien que le cas échéant, la présente invention puisse trouver application dans des dispositifs exploitant un ancrage à faible énergie. Plus précisément selon le mode de réalisation particulier et non limitatif illustré sur la figure 1 annexée, les ancrages sont symétriques sur les deux plaques 10 et 12. En d'autres termes, les molécules adjacentes à la plaque 10 et celles adjacentes à la plaque 12, sont situées dans un plan commun perpendiculaire aux plaques. Par ailleurs par rapport au plan des plaques, les molécules adjacentes à la plaque 10 sont inclinées dans le sens trigonométrique, tandis que les molécules adjacentes à la plaque 12 sont inclinées dans le sens des aiguilles d'une montre. Il résulte de cette structure que au milieu de la cellule, les molécules situées dans le plan P sont parallèles aux plaques 10 et 12.

En variante le plan P dans lequel les molécules sont parallèles aux plaques 10 et 12 peut ne pas être situé au milieu de la cellule, c'est à dire à mi-distance des deux plaques 10 et 12.

Deux textures sont utilisées dans une telle cellule conformes à la présente invention : elles diffèrent par une torsion de 180°. L'une est stable , l'autre peut être stable ou metastable. L'une de ces textures, précédemment décrite en regard de la figure la, possède un plan (P) parallèle aux plaques et situé au voisinage du milieu de la cellule. Dans ce plan, les molécules sont parallèles aux plaques.

La topologie indique qu'en gardant une orientation des molécules continue, la commutation entre deux textures est théoriquement impossible si celles-ci diffèrent entre elles par une déformation de 180°. Dans la présente invention, cette interdiction permet d'obtenir la bistabilité ou la métastabilité. Cependant la commutation entre ces deux états est possible selon la présente invention, car l'impossibilité est levée par une discontinuité nouvelle mise en évidence par les expériences des inventeurs : la fusion uniforme de l'ordre nématique dans l'intérieur de la cellule sur tout le plan (P). Cette méthode permet une commutation très rapide et uniforme sur tout le pixel avec un seuil très abrupt.

Rappelons que dans le cadre de la présente invention, on appelle « fusion de l'ordre nématique », l'état dans lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques.

Dans une cellule sans champ appliqué, le cristal liquide nématique peut former différentes textures pour des conditions d'ancrage identiques sur les deux plaques de confinement transparentes 10, 12. Par exemple dans le cas représenté sur les figures la et le, les ancrages sont identiques.

Plus précisément ces ancrages sont symétriques. Ainsi en éloignement de leur plaque support respective, 10 ou 12, à proximité de celles-ci, les molécules sont inclinées dans le même plan.

Cependant, d'une part la figure la montre une texture/? où les molécules de toute la cellule sont parallèles au même plan (lequel plan est parallèle au plan de la figure 1), inclinées par rapport aux plaques près de celles-ci et dont l'inclinaison se réduit en éloignement des plaques, de sorte que les molécules de cristal liquide sont parallèles aux plaques au milieu de la cellule, dans le plan P. D'autre part la figure le montre une texture i où les molécules gardent le même angle d'inclinaison par rapport aux plaques dans toute la cellule mais tournent de 180° autour d'un axe perpendiculaire aux plaques en passant d'une plaque à l'autre.

La présente invention peut utiliser une texture p obtenue à partir de la texture présentée sur la figure la par une torsion d'un angle quelconque autour d'un axe normal aux plaques (c'est à dire une texture dans laquelle les molécules respectivement adjacentes aux deux plaques 10 et 12 ne sont pas situées dans le plan de la figure 1, mais sont situées dans des plans différents inclinés d'un angle quelconque autour d'un axe normal aux plaques). La texture i correspondante se déduit de la texture présentée sur la figure le par la même torsion.

Les deux textures utilisées ont des propriétés optiques différentes afin de permettre une visualisation des deux états : l'affichage d'une image grâce à ces états. Dans l'exemple des figures la et le, l'homme de l'art sait qu'en plaçant la cellule entre deux polariseurs puis en ajustant l'épaisseur de celle-ci et la biréfringence du matériau cristal liquide, on peut réaliser un dispositif qui transmet la lumière si le cristal liquide est orienté selon la texture la (e'tot blanc) et qui l'arrête s'il est selon la texture le (état noir). On peut aussi placer cette cellule entre un polariseur et un miroir diffusant, pour obtenir un afficheur par réflexion. Il est connu que les afficheurs utilisant ces deux textures possèdent un contraste et un angle de vue remarquable grâce à l'orientation des molécules du cristal liquide qui restent presque parallèles aux plaques en tous points de ces deux textures. La torsion supplémentaire indiquée au paragraphe précédent peut permettre d'augmenter encore les qualités optiques de ces dispositifs.

Les textures choisies dans le dispositif proposé dans le cadre de la présente invention, diffèrent par une rotation de 180° des molécules dans la cellule. La topologie indique en effet que, dans ce cas, on ne peut passer d'une texture dans l'autre, sans changer les ancrages, qu'en acceptant que la direction des molécules varie de façon discontinue en au moins une ligne dans la cellule. Par exemple, il est impossible de passer continûment de la texture la à la texture le. Par ce choix, on obtient dans le cadre de la présente invention, un dispositif bistable si les énergies des deux textures sont égales. Ceci se réalise en choisissant un matériau dont la chiralité est ajustée pour induire une torsion spontanée égale à la moyenne des torsions des deux textures choisies. Si la torsion spontanée est ajustée à une valeur proche de celle d'une des deux textures, celle-ci est stable indéfiniment, mais l'autre est metastable : on obtient alors un dispositif metastable.

Pour obtenir un afficheur, il convient de mettre en œuvre des moyens permettant de faire passer dans l'état voulu à l'instant donné chacun des pixels du dispositif. La présente invention propose des moyens qui permettent de commander une commutation très rapide entre les deux textures ou plus précisément la transition entre la texture p possédant le plan (P) où les molécules sont parallèles aux plaques de confinement et la texture i où les molécules sont partout inclinées. Le retour de la texture i à la texture/?, s'il est nécessaire, peut utiliser une méthode connue comme la propagation de défauts ou la transition vers l'état isotrope par échauffement ou tout autre moyen connu de l'homme de l'art. La méthode de commutation entre la texture p et la texture i, objet principal de l'invention, utilise un champ électrique appliqué sur la cellule et un cristal liquide d'anisotropie positive. La figure lb montre comment la texture/? se déforme sous champ en faisant apparaître un mur de déformation centré sur le plan (P). La disparition du mur permet la commutation. Elle entraîne l'apparition de la texture le homéotrope stable sous champ. Quand on supprime le champ, celle-ci se transforme spontanément en la texture ld fléchie puis en la texture inclinée tordue le. La texture la apparaît blanche entre polariseurs croisés. Les autres sont noires. De faibles différences de biréfringence permettent cependant de distinguer les quatre dernières textures.

Pour faire disparaître le mur, une méthode analogue à celle du document [2] peut être proposée : elle utilise la propagation de défauts linéaires. Les figures 2a, 2b et 2c présentent ce processus. Des billes placées dans l'échantillon permettent de nucléer sous champ des lignes de défauts qui se propagent lentement dans le plan (P). En augmentant progressivement la durée de l'impulsion de champ, on obtient - d'abord la figure 2a où les taches noires sont petites : les défauts ont supprimé Je mur autour des billes - puis la figure 2b où les zones noires se sont élargies : les défauts ont eu le temps de se propager - enfin la figure 2c où tout le pixel est noir : les défauts ont balayé tout le pixel (1mm* lmm) et le mur a ainsi disparu complètement.

La figure 3 montre, en fonction du champ appliqué, deux courbes pour le même pixel. L'une présente la durée de l'impulsion nécessaire pour créer les défauts et l'autre donne la durée nécessaire pour les créer puis faire disparaître le mur dans tout le pixel.

La figure 3 correspond à des mesures effectuées sur une cellule dont les plaques de confinement sont traitées par un revêtement SiO/SiO et contenant un cristal liquide 5CB. On voit sur ces courbes que la méthode de commutation par défauts est lente

(plusieurs millisecondes).

La commutation conforme à la présente invention est mise en œuvre par application d'un champ électrique supérieur au seuil (ici 8 v/μm). Dans ce cas en effet on obtient une transition brusque sans passage intermédiaire par une propagation de défauts. Des observations par stroboscopie et des mesures de biréfringence confirment l'absence de défauts dans ce cas

Ce processus conforme à la présente invention conduit à des temps environ

100 fois plus faibles pour commuter tout le pixel. La figure 3 révèle deux mécanismes très différents de commutation pour un seuil inférieur à 8 v/μm .

Dans le cadre de la présente invention, le mur disparaît sponte sua : la contrainte due au fort champ électrique et à la déformation mécanique de la texture est suffisante pour détruire en partie l'ordre nématique et l'alignement moyen des molécules perpendiculairement au champ dans tout le plan (P). Si le champ dépasse un seuil, on obtient dans (P) pendant un très court instant autant de molécules selon le champ que perpendiculaires à lui. Ensuite l'ordre nématique se recrée très rapidement dans la direction du champ par l'action conjuguée du champ et de l'interaction des molécules : l'état homéotrope est obtenu puis, après arrêt du champ, l'état i. Si le champ n'est pas suffisant ou n'est pas appliqué pendant un temps suffisant pour établir la contrainte élastique dans le mur, l'ordre nématique quoique partiellement diminué se reconstruit dans sa direction de départ et le système revient dans l'état je après arrêt du champ. Le processus précité conforme à la présente invention est gouverné par les paramètres du cristal liquide : énergie de condensation de la phase nématique, constantes élastiques, constantes diélectriques et viscosités. Ces grandeurs sont bien définies et le seuil de commutation a une valeur très reproductible pour un matériau donné. Les inventeurs ont essayé différents cristaux liquides. La figure 4 montre la valeur de la tension de commutation en fonction de la température pour des matériaux à forte anisotropie diélectrique. Les seuils en fonction de la température réduite (T- T_c) sont très semblables.

T représente la température de mesure. Te représente la température de transition pour passer de l'état nématique à l'état isotrope.

Les relevés de la figure 4 ont été effectués sur des cristaux liquides 5CB, E7 et fluoré, pour une durée d'impulsion τ = 0,1ms.

L'analyse théorique de ce processus fait appel au calcul de la fonction de répartition des molécules. Elle utilise le tenseur d'ordre dont les termes sont la différence entre les moments du second ordre de la fonction de répartition et de celle d'une répartition isotrope. Dans le plan (P) la symétrie oblige les vecteurs propres de ce tenseur à rester fixes. Dans ce formalisme, la disparition du mur s'explique par échange des valeurs propres du tenseur d'ordre. Cette notion a été introduite [7] pour expliquer la texture de lignes et de murs de défauts, mais elle n'a jamais été démontrée expérimentalement. Dans le cas de la surface (P), elle permet par une simulation numérique de séparer deux domaines de température : près de la transition nématique isotrope, l'ordre nématique fond progressivement dans le plan (P) à mesure que le directeur crée le mur en tournant dans le haut et le bas de l'échantillon. La fusion est complète pendant un temps inférieur à la microseconde, le tenseur d'ordre est alors nul. Ensuite l'ordre nématique uniaxial habituel se reconstruit dans la direction du champ. Quand la température est plus basse, l'ordre nématique est mieux établi : la fusion correspond à une barrière de potentiel très élevée qui peut être estimée à partir des études calorimétriques. La valeur du champ mesurée est presque un ordre de grandeur plus faible que celle que l'on calcule dans cette hypothèse. Le scénario qui correspond aux mesures expérimentales est le suivant : dans le plan (P), la valeur propre dans la direction du champ du tenseur d'ordre croît progressivement aux dépens de celle qui était la plus grande, celle le long du directeur au départ. La troisième valeur propre n'est pratiquement pas affectée dans ce processus ce qui baisse beaucoup l'énergie nécessaire.

Ce scénario est représenté par les figures 5a, 5b, 5c et 5d. Elles représentent la fonction de répartition des molécules dans le mur par des ellipses dans le plan xz ; z est la direction du champ électrique et x est la direction des molécules dans le plan (P) au départ, sans champ. Les axes des ellipses donnent les vecteurs propres du tenseur d'ordre et le rapport de leurs axes, le rapport du nombre de molécules moyen dans ces deux directions. Dans la direction y perpendiculaire à x et z, le nombre de molécules pratiquement constant n'est pas représenté. En 5a le mur est formé, en haut et en bas les molécules sont principalement selon z et réparties faiblement mais équitablement entre x et y ; au milieu, dans le plan (P) la répartition est déjà fortement biaxe, le nombre de molécules selon z est nettement supérieur à celui selon y et se rapproche du nombre selon x qui a nettement diminué. En 5b le mur se détruit, dans le plan (P) il y a autant de molécules selon x que selon z, là le cristal liquide est discotique de façon transitoire, pendant quelques dizaines de nanosecondes. Près de (P) l'ordre est fortement biaxe, ceci diminue à la fois la viscosité comme l'ordre mais aussi l'élasticité comme le carré de l'ordre. Ce double effet n'accélère pas encore l'alignement des molécules le long du champ par la rotation collective que permet maintenant le plan (P) discotique. La dernière figure montre l'ordre nématique uniaxe qui s'est très vite reconstitué dans le plan (P), ce qui provoque son rétablissement dans le reste du mur ; les mouvements sont maintenant collectifs : le mur disparaît en quelques microsecondes par alignement des directeurs selon z suivant l'action combinée du champ électrique et de l'élasticité.

Dans le cas de la fusion complète, comme dans le cas du passage par l'état discotique, la valeur propre du tenseur d'ordre perpendiculaire au champ avant application de celui-ci est devenue la valeur propre dans la direction du champ après l'impulsion et vice-versa. Le mur a disparu par rotation individuelle des molécules permettant l'échange des valeurs propres du tenseur d'ordre et non par la rotation du directeur nématique, interdite par la symétrie du mur.

Ainsi la présente invention propose un afficheur cristal liquide bistable ou monostable réalisable au moyen de cristaux liquides nématiques classiques et de surfaces d'orientation de ces matériaux existantes. Le processus de commutation entre les deux états fait appel à un phénomène physique original démontré expérimentalement et simulé. Cette commutation est réalisable dans un sens en quelques microsecondes dans un large domaine de température avec les champs électriques que peuvent supporter les matériaux actuels.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.

[1] US 4,239,345 Dec 16,1980 (Berreman) [2] US 4,333,708 Jun 8,1981 (Boyld and Cheng) [3] PCT/FR91/00052, déposé le 29 décembre 1991 (Durand) [4] WO 92/00546 (Durand) [5] WO 97/17632 (Durand)

[6] PCT/GB95/00179, déposé le 30 janvier 1995 (Bryan-Braun) [7] N. Schopohl and T. J. Sluckin PRL. 59, 2582 ( 1987); P. Palffy-Muhoray et al. Liq. Crystal 16, 713 (1994)

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1. Dispositif d'affichage nématique bistable ou metastable comprenant deux plaques parallèles (10, 12) munies d'électrodes sur leurs faces internes et contenant un matériau cristal liquide (20), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre :

- des moyens définissant un ancrage des molécules incliné sur chaque plaque,

- des moyens aptes à appliquer sur commande un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan précité, pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre nématique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique possède une forte anisotropie diélectrique positive.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens d'ancrage autorisent deux textures : une texture (p) où les molécules de toute la cellule sont parallèles au même plan, inclinées par rapport aux plaques près de celles-ci et dont l'inclinaison se réduit en éloignement des plaques, de sorte que les molécules de cristal liquide sont parallèles aux plaques dans un plan P de la cellule et une texture (z) où les molécules gardent le même angle d'inclinaison par rapport aux plaques dans toute la cellule mais tournent de 180° autour d'un axe perpendiculaire aux plaques en passant d'une plaque à l'autre.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens d'ancrage autorisent deux textures : une texture (p) où les molécules adjacentes aux plaques sont situées dans des plans différents perpendiculaires aux plaques, les molécules sont par ailleurs inclinées par rapport aux plaques près de celles-ci, leur inclinaison se réduisant en éloignement des plaques, de sorte que les molécules de cristal liquide sont parallèles aux plaques dans un plan P de la cellule et une texture (z) où les molécules gardent le même angle d'inclinaison par rapport aux plaques dans toute la cellule mais tournent de 180° autour d'un axe perpendiculaire aux plaques en passant d'une plaque à l'autre, par rapport à la première texture (p).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la cellule délimitée entre les deux plaques (10, 12), est placée entre deux polariseurs pour former un afficheur travaillant en transmission.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la cellule délimitée entre les deux plaques (10, 12), est associée à un polariseur et à un miroir diffusant, pour former un afficheur par réflexion.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide (20) possède une chiralité adaptée pour induire une torsion spontanée égale à la moyenne des torsions des deux textures choisies.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide (20) possède une chiralité spontanée proche de celle d'une des deux textures.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à opérer sur commande un retour de la texture des molécules dans leur état d'origine.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les moyens aptes à opérer sur commande un retour de la texture des molécules dans leur état d'origine comprennent des moyens aptes à assurer une propagation de défauts.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les moyens aptes à opérer sur commande un retour de la texture des molécules dans leur état d'origine comprennent des moyens aptes à assurer une transition vers l'état isotrope par échauffement.

12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend des billes placées dans le matériau cristal liquide pour nucléer sous champ des lignes de défauts qui se propagent lentement dans le plan (P).

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les moyens d'ancrage définissent un ancrage monostable.

14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le plan (P) dans lequel les molécules sont parallèles aux plaques (10, 12) est situé au milieu de la cellule.

15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le champ électrique appliqué est supérieur à 8 N/μm.

16. Procédé d'affichage nématique bistable ou metastable à l'aide d'un dispositif comprenant deux plaques parallèles (10, 12) munies d'électrodes sur leurs faces internes et contenant un matériau cristal liquide (20), caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes qui consistent à : - définir un ancrage des molécules incliné sur chaque plaque,

- les moyens d'ancrage étant aptes à définir dans la cellule, un plan parallèle aux plaques où, dans un des états, le cristal liquide est orienté parallèlement aux plaques, les molécules étant inclinées par rapport aux plaques en dehors de ce plan et - à appliquer sur commande un champ électrique supérieur ou égal au champ de fusion de l'ordre nématique dans le plan précité, pour lequel la répartition des molécules orientées perpendiculairement aux plaques est au moins sensiblement identique à la répartition des molécules orientées parallèlement aux plaques, de sorte que le dispositif passe par un état transitoire de fusion de l'ordre nématique, pour atteindre, sous champ, un état dans lequel le directeur nématique est généralement perpendiculaire aux plaques.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique possède une forte anisotropie diélectrique positive.

18. Procédé selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé par le fait qu'il consiste à commuter les molécules de cristal liquide entre deux textures : une texture (p) où les molécules de toute la cellule sont parallèles au même plan, inclinées par rapport aux plaques près de celles-ci et dont l'inclinaison se réduit en éloignement des plaques, de sorte que les molécules de cristal liquide sont parallèles aux plaques dans un plan (P) de la cellule et une texture (z) où les molécules gardent le même angle d'inclinaison par rapport aux plaques dans toute la cellule mais tournent de 180° autour d'un axe perpendiculaire aux plaques en passant d'une plaque à l'autre.

19. Procédé selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé par le fait qu'il consiste à commuter les molécules de cristal liquide entre deux textures : une texture (p) où les molécules adjacentes aux plaques sont situées dans des plans différents perpendiculaires aux plaques, les molécules sont par ailleurs inclinées par rapport aux plaques près de celles-ci, leur inclinaison se réduisant en éloignement des plaques, de sorte que les molécules de cristal liquide sont parallèles aux plaques dans un plan (P) de la cellule et une texture (z) où les molécules gardent le même angle d'inclinaison par rapport aux plaques dans toute la cellule mais tournent de 180° autour d'un axe perpendiculaire aux plaques en passant d'une plaque à l'autre, par rapport à la première texture (p).

20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé par le fait que la cellule délimitée entre les deux plaques (10, 12), est placée entre deux polariseurs pour former un afficheur travaillant en transmission.

21. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé par le fait que la cellule délimitée entre les deux plaques (10, 12), est associée à un polariseur et à un miroir diffusant, pour former un afficheur par réflexion.

22. Procédé selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide (20) possède une chiralité adaptée pour induire une torsion spontanée égale à la moyenne des torsions des deux textures choisies.

23. Procédé selon l'une des revendications 13 à 19, caractérisé par le fait que le matériau cristal liquide (20) possède une chiralité spontanée proche de celle d'une des deux textures.

24. Procédé selon l'une des revendications 16 à 23, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'étape consistant à opérer sur commande un retour de la texture des molécules dans leur état d'origine.

25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé par le fait que le retour de la texture des molécules dans leur état d'origine est opéré par propagation de défauts.

26. Procédé selon la revendication 24, caractérisé par le fait que le retour de la texture des molécules dans leur état d'origine est opéré par transition vers l'état isotrope par échauffement.

27. Procédé selon l'une des revendications 16 à 26, caractérisé par le fait que les moyens d'ancrage définissent un ancrage monostable.

28. Procédé selon l'une des revendications 16 à 27, caractérisé par le fait que le plan (P) dans lequel les molécules sont parallèles aux plaques (10, 12) est situé au milieu de la cellule.

29. Procédé selon l'une des revendications 16 à 28, caractérisé par le fait que le champ électrique appliqué est supérieur à 8 V/μm.