CA2260262A1

CA2260262A1 - Dispositif a cristaux liquides comprenant des moyens d'ancrage sur au moins une plaque de confinement donnant une orientation degeneree

Info

Publication number: CA2260262A1
Application number: CA002260262A
Authority: CA
Inventors: Philippe Martinot-Lagarde; Ivan Dozov; Eric Polossat; Eric Raspaud; Philippe Auroy; Olivier Ou Ramdane; Georges Durand; Sandrine Forget
Original assignee: Individual
Current assignee: Nemoptic SA
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1998-11-12
Also published as: JP2000513837A; WO1998050821A1; CN1228168A; TW569063B; KR100546446B1; EP0912914A1; KR20000023586A; FR2763145A1; US6452573B1; FR2763145B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement (1, 2), caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques (2) est munie d'un traitement qui définit un ancrage azimutal sans mémoire orientationnelle, dégénéré ou presque dégénéré.

Description

W 0 98/50821 PCT~R~8tO0909 DISPOSITIF A CRISTAUX LIQUIDES COMPRENANT DES MOYENS
D'ANCRAGE SIJR AU MOINS UNE PLAQUE
DE CONPINEMENT DONNANT UNE ORIENTATION DEGENEREE

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'affichage à cristaux liquides.
La présente invention est le résultat d'une collaboration entre le CNRS, I'Université de Paris-Sud et l'lnstitut Curie.
ETAT DE LA TECHNIQUE
ll est bien connu de l'homme de l'art que les molécules des nématiques et des cristaux liquides en général au contact avec une surface limitrophe s'orientent suivant une ou plusieurs directions, grâce à
l'interaction avec le substrat.
Par exemple, sur une surface solide frottée dans une direction, les molécules mesogenes s'orientent généralement dans une direction proche de la direction du frottement. Cette orientation, dite monostable, est caractérisée par une seule direction "facile" pour le nématique, déhnie habituellement par les angles ~0 et pO (voir figure 1): I'angle zénithal ~0, entre l'axe facile f et la normale z au substrat; et l'angle azimutal ~0 entre I'axe facile f et une direction fixe choisie dans le plan du substrat.
L'axe facile f correspond à un minimum de l'energie d'interaction du nématique avec la phase limitrophe.
En appliquant un champ extérieur on peut réorienter le nématique sur la surface. L'énergie de surface augmente et cette énergie supplémentaire, due à la déviation du directeur de surface nS par rapport à
l'axe facile f, est appelée énergie d'ancrage W et elle est une fonction des angles ~ et ~ qui définissent ns:
W= W(~,(p) Dans le cas d'ancrage monostable, I'énergie d'ancrage W a un seul minimum, qui correspond à un seul axe facile (généralement, on ne fait pas la différence entre la direction nS et la direction opposee-nS, parce que la phase nématique est non-polaire). Un grand nombre de traitements (voir W O 98/S0821 PCT~R98/00909 [1]) donnent cet ancrage simple, qui est très largement utilisé dans les dispositifs d'affichage à cristaux liquides.
Il existe pourtant des ancrages avec plusieurs minimums d'énergie W et donc avec plusieurs directions faciles. Par exemple, sur des couches 5 de SiO évaporées sous vide dans certaines conditions, I'orientation des nématiques est bistable, avec deux directions faciles f1 et f2 (voir figure 2) définies par ~02 =~301 et (Po2 = -(~01- Plusieurs dispositifs ont été proposés et réalisés, utilisant les ancrages bistables des nématiques. Voir documents [2-~].
Une autre classe d'ancrages bien connu sont les ancrages dégénérés. Dans ce cas, il existe tout un continuum de directions faciles, qui correspondent au même angle zenithal ~0 et à un angle azimutal arbitraire. L'énergie d'ancrage dans ce cas est une fonction seulement de et ne dépend pas de ~:
W=W(~) On peut dire dans ce cas que l'ancrage azimutal n'existe pas ou qu'il est infiniment mou.
Suivant la valeur de ~0 on peut distinguer l'ancrage dégénéré
planaire t~o-= 90~), avec nS parallèle à la surface, ou l'ancrage conique 20 dégénéré (0<~0<90~), avec nS qui peut tourner sur un cône d'ouverture 2~o (voir figure 3). Un autre cas particulier correspond à ~0=0 (ancrage homéotrope), qui donne en effet un ancrage monostable, avec les molécules perpendiculaires à la surface ((p n'est pas défini quand ~=0).
Les ancrages dégénérés sont typiques sur une interface plane entre 25 le nématique et une phase isotrope. En effet, rien n'impose dans ce cas une direction azimutale et par symétrie le minimum d'énergie d'ancrage est réalisé pour tous les angles p possibles (0<~<360~).
Expérimentalement, I'ancrage dégénéré a été souvent observé sur les surfaces libres des gouttes nématiques ou sur les interfaces nématique -30 liquide. Ce type d'ancrage a été étudié du point de vue académique, maisn'a trouvé pour l'instant aucune application, en raison de sa nature instable:
I'interface liquide-liquide ou liquide-gaz est très facile à déformer, elle crée W O 98/50821 PCT~R98/00909 facilement des défauts et il est difficile d'appliquer un champ électrique à
travers cette interface.
On trouvera des exposés sur l'état de l'art relatif aux ancrages dégénérés dans le document [6].
BASE DE L'INVENTION
Il résulte des études conduites par les inventeurs qu'en principe, un ancrage dégénéré peut être obtenu sur toutes les surfaces solides isotropes, par exemple verres minéraux ou organiques, mais qu'en réalité, cet ancrage est rarement observé, parce que deux phénomènes principaux 1 0 interviennent.
Le premier de ces phénomenes identifié par les inventeurs correspond à une adsorption des molécules mésogènes sur la surface.
Au premier contact entre le nématique et le substrat, par exemple pendant le remplissage de la cellule, aucune direction azimutale n'est imposée et l'orientation des molécules est définie par le hasard ou par l'écoulement. L'orientation initiale est donc habituellement très inhomogène, avec ~=aO et (p arbitraire, mais avec ~ dépendant de la position sur le substrat. Très rapidement, les molécules nématiques en contact direct avec la surface sont adsorbées sur le substrat. Ainsi leur ordre et leurs 20 orientations sont mémorisés sur la surface et imposés aux molécules nématiques qui restent dans le volume à proximité du substrat. Bien que théoriquement l'adsorption soit un processus réversible, en pratique les temps caractéristiques pour la désorption à température ambiante sont très longs (des jours ou même des années). L'orientation de l'échantillon reste 25 donc mal définie, inhomogène et fortement ancrée sur le substrat.
Le second de ces phénomènes identifie par les inventeurs correspond à une orientation du substrat par le nématique.
En effet, dans le cas des substrats relativement mous, par exemple des couches polymères, un second phénomène peut se produire. Même si 30 I'adsorption est faible, I'interaction du substrat avec le nématique peut le rendre anisotrope, par exemple par orientation locale des chaînes polymères. Encore une fois on obtient une mémorisation sur le substrat de CA 02260262 l999-0l-06 I'état initial mal défini et inhomogène, accompagnée aussi par une énergie d'ancrage azimutal qui détruit l'ancrage dégénéré.
Suite à ces deux phénomènes de mémoire orientationnelle, I'ancrage dégénéré sùr des surfaces solides semble difficile à produire et à
5 utiliser. Pour cette raison, I'ancrage dégénéré n'a trouvé pour l'instant aucune application.
La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les dispositifs à cristaux liquides pour permettre l'exploitation d'un ancrage dégénéré ou presque dégénéré.
Plus précisément la présente invention a pour but de proposer de nouveaux moyens permettant d'obtenir des ancrages dégénérés, ou presque dégénérés, et sans mémoire des cristaux liquides sur des substrats solides et permettant l'utilisation de ces ancrages dans des dispositifs d'affichage.
Ces buts sont atteints dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement, caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques est munie d'un traitement qui définit un ancrage azimutal dégénéré, sans mémoire orientationnelle azimutale.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le traitement est un traitement de passivation de la surface de l'une au moins des plaques par inhibition des sites d'adsorption sur cette surface.
Il peut s'agir d'un traitement opérant par saturation des sites d'adsorption.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le traitement comporte un revêtement comprenant un polymère comportant des chaînes fluides ou très mobiles, ou encore autolubrifiant, c'est-à-dire sans site capable d'adsorber le cristal liquide.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillee qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels:

W O 98/50821 PCT~R98/00909 - la figure 1 représente l'orientation azimutale de direction "facile" du directeur nématique par rapport à une plaque de confinement et l'orientation zénithale de la direction facile par rapport à la normaie à celle-ci, - la figure 2 représente l'orientation de deux directions faciles dans le cas 5 d'un ancrage bistable, - la figure 3 schématise le cas d'un ancrage conique, - la figure 4 représente l'énergie de l'ancrage zénithal pour un alignement planaire monostable, - la figure 5 représente l'énergie de l'ancrage zénithal pour un ancrage 10 bistable symétrique ou pour un ancrage conique dégénéré, - la figure 6 représente la texture du cristal liquide au cours de six étapes successives d'un processus de commutation, - la figure 7 représente la texture du cristal liquide au cours de quatre étapes successives d'un processus de commutation conforme à une autre 15 variante de la présente invention, - la figure 8 représente quatre étapes successives d'un autre processus conforme à la presente invention sans cassure de l'ancrage;
- la figure 9 représente la réponse optique entre polariseurs croisés d'une cellule conforme à la présente invention, 20 - la hgure 10 représente deux textures plates susceptibles d'être obtenues avec un ancrage planaire sur une contre-lame, - la figure 11 représente les seuils d'inscription en fonction de la durée des impulsions de commande, mesurés sur une cellule comportant un traitement en polyisoprene, 25 - la figure 12 représente les seuils d'inscription en fonction de la duree des impulsions de commande, mesurés sur une cellule comportant un traitement en polystyrène, - la figure 13 représente le temps d'effacement spontané d'une cellule en fonction du carré de l'épaisseur de la cellule concernée, 30 - la figure 14 représente différentes courbes illustrant la réponse optique d'une cellule conforme à la présente invention pour des impulsions électriques de commande d'une durée fixe et d'amplitudes différentes, . , . ~

W O 98/50821 PCT~R981'~90 - la figure 15 représente le signal optique en fonction du temps pour des impulsions de rafraîchissement de fréquence de répétition hxe et pour différentes amplitudes de ces impulsions, - la figure 16 représente l'intensité lumineuse moyenne en fonction de la 5 tension rms, - la figure 17 illustre une variante selon laquelle les deux électrodes sont disposées sur une même plaque, - la figure 18 représente l'angle (p(z) pour deux afficheurs, I'un conforme à
l'invention, I'autre classique, 10 - la figure 19 illustre la torsion dans une cellule chiralisée, - la figure 20 représente la réponse optique d'une cellule à champ horizontal, - la figure 21 représente un dispositif à nématique chiralisé ou cholestérique, 15 - la figure 22 représente la réponse optique de ce dispositif, - la figure 23 représente la réponse optique pour un dispositif similaire possédant une épaisseur et un pas différent, et - la figure 24 représente la réponse optique d'une cellule à long pas.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
20 1 - caractéristiques de l'invention relatives à la passivation du substrat par saturation des sites d'adsorption avec des surfactants.
Comme indiqué précédemment, selon une première approche de la présente invention, la mémoire indésirable de la surface d'une plaque de confinement est supprimée grâce à une couche mince d'un surfactant 25 approprié sur le substrat. Le rôle du surfactant est d'occuper les sites d'adsorption disponibles sur la surface et de cette façon de "passiver" le substrat, rendant impossible l'adsorption du cristal liquide lui-même.
Ce matériau de passivation peut être formé de tout surfactant qui reagit fortement avec la surface de la plaque de confinement et qui 30 s'adsorbe facilement sur elle, de préférence d'une façon définitive. De préférence, ce surfactant est en plus adapté pour ne pas intéragir fortement avec le cristal liquide, par exemple ne pas s'orienter facilement par les interactions anisotropes avec les molécules mésogènes.

W O 98/50821 PCT~R98/00909 Une fois recouverte par les molécules du surfactant la surface de la plaque de confinement devient inerte: elle n'adsorbe plus les molécules du cristal liquide, et de plus elle ne devient pas anisotrope sous leur action.
Pour un substrat rigide et plat, par exemple verre minéral, une couche monomoléculaire du surfactant est suffisante pour saturer tous les sites d'adsorption disponibles et passiver la surface. Pour un substrat fortement rugueux et poreux, par exemple une couche de SiO évaporée, le film de surfactant est de préférence plus épais pour assurer la passivation.
Pour des substrats mous, par exemples des polymères, le matériau de 10 passivation est avantageusement formé d'une couche plus épaisse pour écranter fortement l'interaction substrat - cristal liquide et pour éviter de cette façon l'orientation du polymère et l'hystéresis qui en résulte.
Pour réaliser la passivation de substrats différents par saturation des sites d'adsorption, les inventeurs ont testé notamment plusieurs 15 surfactants appartenant à la famille des silanes organofonctionnels, comportant des groupes chlorosilane (Si-CI), silanol (Si-OH), Ou alkoxysilane (Si-CnH2nOH). Pour s'accrocher sur la surface ces produits présentent la propriété de s'adsorber facilement sur le verre ou sur d'autres substrats et après un traitement thermique de réagir chimiquement avec la 20 surface et entre eux. La couche de surfactant obtenue de cette façon est très solide et impénétrable pour les molécules mésogènes.
Le groupe organofonctionnel est choisi de façon à minimiser l'interaction entre le surfactant et la molécule mésogène, pour éviter les phénomènes de mémoire et d'hystérésis.
L'invention n'est cependant pas limitée à la famille des silanes organofonctionnels.
Elle s'étend à tout composé équivalent, c'est à dire tout composé
apte à remplir les deux fonctions précitées: a) s'ancrer sur le substrat, b) mais sans interagir avec le matériau cristal liquide, par exemple aux 30 complexes de chrome. On trouvera dans le document [7] des exemples de complexes de chrome aptes à définir un ancrage homéotrope.

W O 98/50821 PCT/FR98~ 9U~

Les résultats expérimentaux ont démontré que la plupart des silanes testés diminuent la mémoire des substrats sur lesquels ils sont déposés.
Des résultats très interessants et reproductibles ont notamment été
5 obtenus avec le produit 3-Glyceryloxypropyl Trimethoxysilane (GLYMO). Ce produit a été déposé en couches fines (de 20~ à 1000~) sur les substrats à
partir d'une solution en isopropanol (de 0,01% à 0,5%). Les couches ont été
cuites pendant une heure à 120~C ou 200~C pour les rendre insolubles dans le cristal liquide. Pour tester l'ancrage les inventeurs ont utilisé le 10 nématique pentylcyanobiphenyl (5CB) à température ambiante. Les cellules de test étaient construites en utilisant deux lames différentes: la plaque testée, traitée en surfactant, et une lame "standard" avec ancrage fort et monostable (SiO évaporé).
Sur tous les substrats isotropes utilisés (verre, verre flotté, Oxyde 15 double d'lndium et d'Etain) les inventeurs ont observé que le dépôt d'une couche de GLYMO plus épaisse qu'environ 100~ conduit à un ancrage planaire (~0 ~ 90~) dégénéré sans aucune mémoire orientationnelle:
I'orientation du nématique dans la cellule test est uniforme, définie par la lame standard, et sous l'action d'un champ électrique ou magnétique 20 externe cette orientation change d'une façon uniforme et sans mémoire.
L'énergie d'ancrage azimutale sur les substrats munis d'une couche de passivation plus épaisse que 1 ooA est strictement égale à zéro. Les couches plus hnes que 100A donnent une énergie d'ancrage azimutale très faible, un ancrage moins uniforme et des résultats moins reproductibles.
Les inventeurs ont testé aussi l'action des couches de passivation du produit GLYMO sur des substrats anisotropes. Les substrats testés étaient des lames de verre avec des électrodes transparentes d'lTO et une couche fine (5 à 1000A) de SiO, évaporée dans le vide sous angle rasant (75~). Sans couche de passivation l'orientation du nématique 5CB sur ces substrats est suivant les conditions d'évaporation, planaire monostable, bistable inclinee et monostable inclinée. Dans tous les cas, les substrats montrent une très forte mémoire de l'orientation initiale du nématique, due à

W O 98/50821 PCT~R98/00909 la forte adsorption des molécules mésogènes sur la couche poreuse et polaire de SiO.
Après l'application d'une couche fine (> 20A) de passivation, la mémoire orientationnelle disparaît presque complètement. Sur tous les 5 substrats l'alignement du 5CB sur les couches de passivation est planaire (sans pretilt) monostable, dans une direction perpendiculaire au plan d'évaporation. L'énergie de l'ancrage azimutal est très forte pour les couches les plus fines, avec une longueur d'extrapolation L<40A. Cette énergie d'ancrage faiblit progressivement quand l'épaisseur d du film 10 GLYMO augmente et pour d > 200A, L diverge et l'ancrage devient planaire degénéré.
Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, I'épaisseur de la couche de passivation est de préférence comprise entre 20 A et 500 A.
Des résultats similaires ont été obtenus en passivant avec une couche de GLYMO des substrats de verre ou d'lTO, rendus anisotropes par frottement. Sans passivation, ces substrats alignent le 5CB d'une façon planaire monostable, avec un ancrage azimutal fort et une mémoire de surface très importante. En déposant une couche de GLYMO sur les substrats, les inventeurs ont observé une disparition complète de la mémoire et un affaiblissement de la force d'ancrage. A nouveau, I'énergie d'ancrage diminue progressivement quand d augmente et à d ~ 200A elle s'annule complètement: I'ancrage devient planaire dégénéré, avec une mémoire négligeable.
Des résultats similaires ont également été obtenus avec un frottement unidirectionnel de la couche de GLYMO déposée préalablement sur un substrat isotrope.
Ces résultats confirment que la mémoire orientationnelle d'une plaque de confinement peut être supprimée par un traitement de surfactant approprie, qui sature les sites d'adsorption disponibles sur le substrat. Deux objectifs différents sont atteints par ce traitement , . . . . . ..

W O 98/50821 PCT~R98/00909 a) diminuer fortement ou supprimer complètement la mémoire de surface sur des substrats isotropes. Les ancrages planaires ou coniques dégénérés qui en résultent sont très homogènes, faciles à utiliser et sans hystérésis orientationnel.
b) sur des substrats anisotropes ce traitement permet aussi de modifier la force d'ancrage azimutale. Ainsi la force des ancrages monostables ou bistables peut être diminuée, les rendant presque dégénérés, avec un seuil de cassure de l'ancrage azimutal très bas.
Selon une autre variante conforme à la présente invention, le traitement de passivation peut être formé du dépôt d'un revêtement suffisamment épais pour interdire l'accès aux sites d'adsorption formés sur le substrat, par les molécules de cristal liquide, sans que pour autant le revêtement ne sature chacun de ces sites.
Il - Caractéristiques de l'invention relatives à la "lubrification" de l'ancra~eazimutal sur les surfaces par des couches polvmères avec des chaînes fluides ou très mobiles La présente invention propose également pour éviter l'hystérésis de surface, d'appliquer sur le substrat une couche liquide ou vitreuse isotrope, dont les molécules peuvent non seulement inhiber les sites d'adsorption sur le substrat comme indiqué précédemment, mais en outre peuvent facilement se réorienter ou se déformer de sorte que la plaque de confinement ainsi traitée perde toute la mémoire de l'orientation précédente.
Cette couche joue le rôle d'un lubrifiant orientationnel: elle permet à
l'orientation du directeur nématique nS sur la surface de glisser sur le substrat sans aucune friction, ni hystérésis. Il faut noter que dans ce cas il n'est pas gênant que les molécules mésogènes s'adsorbent sur la couche lubrifiante: quand on applique un couple sur nS, les molécules adsorbées vont facilement se réorienter sans desorption, grâce à la déformation et à la réorientation des molécules "molles" de la couche lubrifiante.
Un tel produit "lubrifiant d'ancrage" peut être formé de polymères qui sont en phase liquide en température ambiante (ou plus précisément, dans tout le domaine de stabilité thermique de la phase mésogène utilisée).
Dans ce cas, il est nécessaire de greffer la couche lubrifiante sur le substrat W O 98/50821 PCT~R98/00909 pour accrocher fortement ses molécules et éviter leur solution ou diffusion dans le cristal liquide. Les couches ainsi préparées sont à la fois très stables du point de vue macroscopique et très mobiles au niveau moléculaire. Alternativement, il est aussi possible d'utiliser comme 5 lubrifiants d'ancrage des polymères solides, dans leur état vitreux, à
condition que leurs chaînes soient assez mobiles et leur viscosité soit modérée. Cette condition est facile à satisfaire si le polymère est proche de son point de fusion à la température ambiante.
Les inventeurs ont notamment testé plusieurs polymères liquides de 10 la famille des siloxanes et des polymères vitreux, avec une température de fusion proche de l'ambiante (par exemple le polyisoprene et le polybutadiene). Ces produits présentent une grande mobilité de leurs chaînes. Deux nématiques à température ambiante ont été utilisés dans cette étude: le 5CB et le melange nématique MLC 6012 (Merck). Tous les 15 produits, déposés en couches fines sur les substrats, ont donné des ancrages dégénérés des deux nématiques étudiés et sans aucune mémoire orientationnelle.
Nous allons décrire un résultat typique, obtenu avec le polymère polyisoprene qui est vitreux à l'ambiante. Une hne couche uniforme (<
20 300A) est déposée à la tournette à partir d'une solution (0.3 à 3%) en cyclohexane. La couche est utilisée sans aucun traitement thermique pour éviter le passage du polymère en phase liquide, qui détruirait l'uniformité du film. A long terme (des jours) les inventeurs ont observé des phénomènes de transport du polyisoprene de la lame étudiée vers la lame standard,

2~ utilisée dans les cellules de test. Pour cette raison, les inventeurs ont utilisé
des lames standards dont l'ancrage n'est pas sensible à la migration lente des molécules du polyisoprene des couches de polyimide frotté, qui donnent un ancrage fort monostable, planaire ou incliné.
Les couches polyisoprene déposées sur des substrats isotropes 30 (verre ordinaire, verre flotté, électrode transparente d'lTO sur verre) donnent une excellente orientation dégénérée des nématiques étudiés.
Aucune mémoire de l'ancrage n'a été détectée dans les cellules de test:
I'orientation de l'axe facile sur le polyisoprene reste toujours dans le même W O 98/50821 PCT~R~8/0090 l2 plan, que sur la lame standard. Sous l'action des champs extérieurs, I'axe facile sur la lame étudiée se réoriente d'une façon uniforme sans hysterésis et sans aucune énergie d'ancrage azimutal.
Quand les couches de polyisoprene sont déposées sur des 5 substrats anisotropes (verre ou ITO frotté, SiO évaporé), qui donnent d'habitude un fort ancrage monostable, I'énergie d'ancrage azimutale diminue. En changeant l'épaisseur de la couche déposée, les inventeurs ont observé une transition progressive entre l'ancrage fort monostable du substrat et l'ancrage degénéré typique pour la couche polyisoprene. Ceci 10 s'accompagne aussi d'une complète disparition de la mémoire orientationnelle.
Finalement, I'angle zénithal ~0 de l'ancrage dégénéré sur le polyisoprene dépend de la nature du substrat et du nématique. Pour le mélange nématique MLC 6012 (Merck), I'ancrage est toujours planaire 15 dégénéré (~0 = 90~). Pour le 5CB, I'ancrage est planaire dégénéré pour polyisoprène déposé sur SiO évaporé, tandis qu'il est conique dégénéré (~0 proche de 55~, I'angle "magique") si le film de polyisoprène est déposé
directement sur le verre.
Des résultats très similaires ont été obtenus par greffage sur les 20 substrats du polystyrène terminé par un groupe chlorosilane, qui était synthétisé spécialement pour cette étude. Le polystyrène utilisé pour modifier les surfaces (appelé par la suite PS fonctionnel) a été synthétisé
par voie anionique selon une méthode classique, de façon à obtenir des chaînes de polymère terminées à une seule extrémité par SiCI3. La masse 25 moléculaire du PS fonctionnel est typiquement de 40 OOOg/mol mais peut être variée de 1 000 à 1 o6 g/mol.
Pour greffer le polymère, on prépare d'abord une solution de PS
fonctionnel dans du toluène anhydre, à une fraction volumique de l'ordre de 5%. Les surfaces à greffer sont nettoyées dans un courant d'oxygène, sous 30 UV. La solution de PS fonctionnel est déposée sur ces surfaces propres à la tournette. Après évaporation du toluène, les surfaces recouvertes de PS
fonctionnel sont mises à l'étuve sous vide, pendant 24 heures typiquement, W O 98/50821 PCT~R98/00909 à une température de 160~C. L'excès de polymère fonctionnel est ensuite enlevé par dissolution à froid dans du toluène, éventuellement avec l'aide d'ultrasons. La quantité de PS greffé est mesurée par ellipsométrie.
Le greffage du polystyrène sur des substrats isotropes (verre ou ITO) résulte en un ancrage conique dégénéré du nématique 5CB, sans aucune mémoire, très homogène et reproductible. En plus, le traitement par polystyrène greffé est très stable dans le temps: les molécules greffees ne se dissolvent pas dans le cristal liquide et restent accrochées sur la surface même après des traitements mécaniques, par exemple après un frottement unidirectionnel sur tissu.
Le greffage du polystyrène sur des substrats anisotropes (verre ou ITO frotté, SiO évaporé) diminue l'énergie d'ancrage azimutal et supprime la mémoire d'ancrage. En variant l'anisotropie initiale du substrat ou la densité
du greffage, les inventeurs ont observé une variation continue de l'énergie d'ancrage azimutal entre la valeur forte habituelle pour les substrats non traités et l'ancrage typique degénéré de la couche greffée. De cette façon les inventeurs ont réussi à obtenir des ancrages presque dégénérés très reproductibles. Des résultats similaires ont été obtenus aussi par frottement mécanique de la couche de polystyrène déjà greffée.
Selon une variante de réalisation, on peut utiliser un matériau autolubrifiant, c'est-à-dire sans site capable d'adsorber le cristal liquide, sans pour autant comporter des chaînes fluides ou mobiles pour réaliser le revêtement de la plaque de confinement ou réaliser cette plaque elle-même directement sans aucun revêtement. Cette disposition convient particulièrement lorsque l'une des plaques n'a pas d'électrode. On décrira par la suite un exemple d'une telle disposition.
MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION
La plupart des dispositifs d'affichage nématiques utilisent seulement des effets de volume. Dans ces afficheurs les changements de texture se réalisent par des déformations continues dans le volume et sans aucune réorientation sur les surfaces. Par leur nature même, ces dispositifs demandent des ancrages forts monostables pour leur fonctionnement.

. _ W O 98/50821 PCT~R98/009~9 Récemment, des afficheurs nématiques utilisant une cassure de l'ancrage sur les surfaces ont été proposés et réalisés. Voir documents [2-5], [8], [9]. Dans ces dispositifs, I'orientation du cristal liquide sur la surface change brutalement au cours du fonctionnement de l'afficheur, permettant ainsi de transformer la texture volumique et de commuter entre deux textures bistables (i.e. des textures qui restent stables pour des temps longs sans l'application de champs externes). Les avantages principaux de ces dispositifs sont leur bistabilité et leur rapidité de commutation. Pourtant les afficheurs nématiques à bistabilité de surface présentent aussi certains inconvénients: leurs ancrages sont plus difficiles à réaliser et à contrôler.
L'afficheur proposé dans les documents [2-5] requiert des ancrages assez complexes: les deux états utilisés se distinguent à la fois par leur angle azimutal et zénithal (angle de pretilt). Pour l'instant ces ancrages restent difficiles à réaliser.
Le dispositif proposé dans les documents [8] et [9] utilise des ancrages plus simples (monostables). Mais pour diminuer la durée et la tension des impulsions de commande, il exige des énergies d'ancrage zénithal modérées ou faibles, dont les technologies de production ne sont pas encore bien maîtrisées.
Les inventeurs proposent maintenant de nouveaux moyens permettant de produire des ancrages dégénérés (i.e. sans énergie d'ancrage azimutale, ni de mémoire de surface) ou presque dégénérés (i.e.
avec une faible énergie d'ancrage azimutale et sans mémoire de surface).
Ces ancrages sont faciles à produire et à contrôler avec des champs électriques extérieurs. Leur force d'ancrage zénithal est modéree ou même faible, et pour cette raison ils peuvent être utilisés dans les dispositifs d'affichage.
La commande de commutation des afficheurs d'ancrage dégénéré
peut se faire par une cassure de l'ancrage dégénéré puis une commande de l'ancrage cassé. Une autre solution est l'application d'un couple azimutal qui fait tourner l'ancrage dégénéré.
I.- Dispositifs avec commutation par cassure de l'ancraqe déqénéré ou presque déqénéré.

... ~ . ~, . . . . .

W 098/50821 PCT~R98/00909 1-1 ) Cassure de l'ancrage dégénéré.
Pour comprendre la cassure de surface dans le cas d'un ancrage degénéré, nous allons d'abord rappeler le cas le plus simple de la cassure d'un ancrage monostable. Sur la figure 4 est présentée l'énergie de 5 I'ancrage zénithal, qui correspond à un alignement planaire monostable. En absence de champ extérieur, le directeur ns sur la surface s'oriente suivant le minimum de W(~), qui correspond a ~ = + 90~ (ces deux directions sont physiquement équivalentes, pour cette raison on considère l'ancrage comme monostable).
Sous champ électrique E, les molécules dans le volume s'orientent le long du champ (en supposant que l'anisotropie diélectrique du cristal liquide ~E est positive). Un couple est exercé sur nS: le nématique se réoriente sur la surface sous l'action du champ. En général, plus fort est le couple extérieur, plus la nouvelle orientation de nS se rapproche de la 15 direction du champ, sans jamais l'atteindre (parce que le couple de rappel dû à l'ancrage de surface s'y oppose). Une exception importante à cette règle est le cas où le champ E est orienté dans la direction qui correspond à
un maximum de l'énergie de surface (la direction ~ = 0 sur la figure 4). Dans cette direction le couple de rappel, dû à l'ancrage, s'annule et ne peut pas 20 s'opposer au champ E: nS devient donc parallèle à E quand le champ est assez fort, supérieur à une valeur seuil Ec.
Si on coupe maintenant le champ, la surface se trouve à ~ = 0 dans un équilibre instable et peut revenir dans l'une ou l'autre des positions d'équilibre stable (~ = + 90~). Le choix de cette position se fait par hasard, 25 dû aux fluctuations, ou peut être induit par un faible effet de commande exercé sur la cellule.
En pratique, la seule direction sur laquelle il est facile d'appliquer un fort champ E est la normale aux plaques. La cassure d'ancrage déjà décrite est donc possible, par symétrie, seulement pour des ancrages planaires, ou 30 pour d'autres ancrages symétriques par rapport à ~ = 0.
L'énergie zénithale d'un tel ancrage, I'ancrage bistable symétrique, est présentée sur la figure 5. Cet ancrage peut être cassé par un champ W O 98/50821 PCT~R98/00909 normal à la cellule dans deux directions différentes: ~ = 0, si ~>0; ~=+90~, si ~<0. La même figure 5 peut é~alement etre interprétée comme la partie zénithale d'un ancrage dégénéré, qui par définition a une énergie azimutale nulle (les deux branches ~>0 et ~<0 correspondent dans ce cas au meme angle zénithal ~ et à deux angles azimutaux qui diffèrent de 180~). Pour cet ancrage conique dégénéré restent valables les memes conclusions, que pour l'ancrage conique bistable: il casse à ~=0 ou à ~=90~ (et ~ arbitraire).
Dans le cadre de l'invention on peut considérer les ancrages symétriques bistables comme des ancrages très proches de l'ancrage 10 dégénéré: I'énergie de l'ancrage dégénéré W(~) a une symétrie cylindrique et elle est une fonction de ~ seulement; si on superpose à cette énergie une faible énergie azimutale W(p((p), symétrique par rapport à ,D=0, on obtient l'ancrage symétrique bistable. L'ancrage obtenu par cette superposition est appelé "ancrage presque dégénéré" dans le cadre de la 15 présente demande de brevet.
Un cas particulier de l'ancrage presque dégénéré est obtenu si on part d'un ancrage planaire dégénéré (~0=90~): c'est un ancrage planaire avec une très faible énergie azimutale.
Dans le cas des ancrages dégénérés (ou presque dégénérés) 20 I'énergie azimutale de l'ancrage est nulle (ou très faible), mais l'énergie zénithale est arbitraire et peut etre forte. En pratique, ces ancrages sont moins anisotropes que les ancrages monostables et leur ancrage zenithal est d'habitude modéré ou faible.
1-2) Commande de l'ancrage cassé.
Différents moyens peuvent etre utilisés pour assurer la commande de l'ancrage cassé.
Selon un mode de réalisation préférentiel cette commande est assurée par un écoulement hydrodynamique de surface. Une telle commande par effet hydrodynamique de surface peut etre conforme aux 30 dispositions décrites dans les documents [8] et [9] auxquels on se reportera utilement pour une bonne compréhension de la présente invention.

W O 98/50821 PCT~R98/00909 Nous allons d'abord considérer la cellule présentée sur la figure 6a.
La plaque 1 a un ancrage classique monostable et fort, de préférence avec un pretilt (~01<9~~). La lame 2 a un ancrage conique ou planaire dégénéré
(~02~0.(P02 arbitraire) conforme à la présente invention. L'énergie élastique 5 de volume se minimise pour la texture plane avec (P2=180~, présentée sur la figure 6a.
Si on applique un champ électrique Ec~>E>Ec2 perpendiculaire aux plaques 1 et 2, I'ancrage sur la lame 2 à ancrage dégénéré casse et on obtient la texture pratiquement homéotrope de la hgure 6b. Ec~ et Ec2 10 correspondent aux seuils de cassure respectivement sur les deux plaques.
Si on coupe brusquement le champ E, la lame 2 se trouve dans un équilibre instable, sans aucun couple appliqué sur elle. La lame 1, par contre, est en déséquilibre et un fort couple de rappel, dû à l'ancrage, agit sur les molécules à sa proximité, les obligeant à revenir vers leur orientation 15 initiale. Ce retour crée un écoulement de masse, qui diffuse rapidement dans la cellule jusqu'à la lame 2 (figure 6c). Par l'interaction avec cet écoulement, les molécules sur la lame 2 partent dans la direction opposée à
leur orientation initiale ((P2=0. hgure 6c).
Dès que ~0, le couple de rappel dû à l'ancrage zenithal de la lame 20 2 réapparaît et accélère la relaxation de la lame 2 vers l'état ~2=~20. ~p2=~(figure 6d). Cette texture (figure 6d), réalisée rapidement (quelques dizaines de microsecondes) après la fin de l'impulsion de commande, est différente de la texture initiale - I'afficheur est inscrit.
La texture inscrite conforme à la figure 6d, pourtant, n'est pas 25 stable si ~ et ~2 sont suffisamment grands, car elle présente une énergie élastique de flexion importante. Spontanément après quelques millisecondes, elle relaxe vers une texture en hélice conique en volume sans changer les ancrages en surface (fig 6e). Cette torsion en volume applique un couple azimutal sur l'ancrage dégénéré de la plaque 2 qui fait 30 tourner le directeur sur le cône d'ancrage (fig 6f) et finalement le fait revenir à la position d'équilibre (p = 180~ en déroulant l'hélice conique (fig 6a). Le .....

W O 98/50821 PCT~R98/00909 mouvement sur le cône est ralenti par la viscosité de surface et dure quelques dizaines de millisecondes.
En revanche, la texture de la figure 6d peut être stable si ~1 et ~2 sont faibles. Le dispositif résultant présente ainsi des propriétés bistables.
On obtient donc un afficheur monostable, qui peut être inscrit avec des impulsions très courtes (I~<10,us) et qui s'efface spontanément dans un temps beaucoup plus long (~e >10ms). En plus, selon l'application, le peut être ajusté dans des larges limites par modification des ancrages et de l'épaisseur de la cellule.
Bien entendu d'autres processus peuvent être utilisés pour assurer la commande de l'ancrage cassé.
Si nécessaire, I'afficheur de la figure 6 peut être transformé en afficheur bistable. D'une part, si l'angle moyen de l'inclinaison des molécules (~1+~32)l2 est inférieur à une valeur critique ~c, I'état fléchi (figure 6d) est stable. En effet, pour passer de l'état fléchi à l'état uniforme incliné(figure 6a) d'énergie minimum, la texture doit passer par l'état tordu de 180~
(figure 6e). Cet état intermédiaire forme une barrière qui stabilise l'état fléchi tant que (~1 +a2)/2<~c. L'angle critique ~c varie d'environ 45~ pour les composés dont l'énergie de torsion est très faible, à 90~ (état fléchi toujours stable) pour les composés dont les énergies élastiques de flexion et de torsion sont égales.
D'autre part, il suffit de remplacer l'ancrage sur la lame 2 par un ancrage presque dégénéré. Dans ce cas seulement les positions (p2=~ et (P2=180~ sur le cône ~2=~20 sont stables et une faible barrière due à
I'ancrage azimutal W~ les sépare. La texture 6d se transforme alors en une texture conique tordue, qui reste stable si la barrière d'ancrage W~p est plus grande que l'énergie volumique de torsion. On obtient donc un afficheur bistable. Pour effacer la texture tordue il suffit d'appliquer une nouvelle impulsion et de couper cette fois progressivement le champ. L'interaction hydrodynamique est maintenant absente et une faible interaction elastique de volume favorise le retour dans l'état "uniforme" de la figure 6a: I'afficheurest effacé.

.

W O 98/50821 PCT~R98J~ v9 Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.
En particulier dans le cadre de la présente invention, on peut 5 envisager:
- une commande de l'ancrage cassé par un effet hydrodynamique de volume, - une commande de l'ancrage cassé par la superposition de deux effets hydrodynamiques - de volume et de surface, 10 - une commutation sans cassure complète de la surface par rotation du directeur sur le cône de l'ancrage dégénéré.
Selon encore une autre variante, on peut envisager de casser l'ancrage sur les deux plaques (Dans le cas d'un cristal liquide d'anisotropie diélectrique positive, on obtient alors sous champ un etat uniforme 15 homéotrope, respectivement planaire pour un anisotropie négative). Sans contrôle complémentaire après suppression du champ, I'état final peut être aléatoire. Mais si cela est souhaité, on peut contrôler l'état final de la structure avec une commande complémentaire, telle qu'un champ electrique ou un écoulement d'orientation adéquate, par exemple horizontal.
20 1.2 a) Commande de l'ancrage cassé par un effet hydrodynamique de volume.
L'effet hydrodynamique précédemment décrit (fig 6c) est créé par le retour rapide des molécules sur la lame 1 vers leur orientation initiale, sous l'action du couple d'ancrage sur cette surface. Si l'ancrage sur la lame 1 est 25 très fort, pendant l'impulsion de commande, les molécules près de cette surface ne changent pas leur orientation et on obtient la texture de la figure 7b: la texture est homéotrope partout, sauf dans une mince couche volumique au voisinage de la lame 1. Après la coupure du champ les molécules sur la surface 1 ne se réorientent pas et donc, il n'y a pas un effet 30 hydrodynamique de surface. Néanmoins, la relaxation de la couche volumique fortement déformée vers une texture plus homogène, crée un écouiement hydrodynamique de volume (figure 7c), connu comme effet "blackflo~' (voir document [10]). Cet écoulement diffuse vers la lame 2 et W O 98/50821 PCT~R98/00909 commande l'ancrage cassé sur cette lame, exactement de la même façon gue dans le cas d'un effet hydrodynamique de surface.
On obtient alors un état équivalent à celui illustré sur les figures 6d et 7d, c'est à dire soit un état stable si ~, et ~2 sont faibles, soit un état qui 5 évolue vers les états illustrés sur les figures 7e et 7f.
Sur la figure 7 on a illustré un ancrage planaire sur la lame 1.
Cependant en variante cet ancrage sur la lame 1 pourrait être oblique.
1.2 b) Commande de l'ancrage cassé par la superposition de d eux effets hydrodynamiques - de volume et de surface.
Finalement, les écoulements créés par les deux effets hydrodynamiques, de surface et de volume, sont dans la même direction et donc ils s'ajoutent: en pratique, la surface cassée est commandée par la superposition des deux effets.
1.2 c) Commutation sans cassure complete de la surface par rotation du 15 directeur sur le cone de l'ancrage dégénéré.
La commutation décrite sur la figure 6 nécessite une cassure complète de l'ancrage zénithal: sous champ électrique E > Ec2, les molécules au voisinage de la lame 2 sont alignées exactement parallèles à
sa norma!e. Pourtant, les ancrages dégénérés sont très anisotropes: le 20 seuil de cassure Ec2 de l'ancrage zénithal est fini, mais l'ancrage azimuthalest infiniment mou et le seuil de cassure correspondant est strictement zéro (ou très bas pour les ancrages presque dégénérés). Cette anisotropie permet de commuter facilement de la texture illustrée sur la figure 6a vers la texture illustrée sur la figure 6d sans passer par la normale à la plaque, 25 mais en tournant autour d'elle sur le cône de l'ancrage dégénéré, ou sur un cône plus proche de la normale (figure 8). Sous champ électrique plus bas que le seuil de cassure (E < Ec2) les molécules sur la lame 2 restent à un angle fini par rapport à la normale (figure 8b). A la coupure du champ, I'écoulement hydrodynamique créé par l'autre lame et la couche volumique 30 déformee, entrainent le directeur vers (p = 0. Les molécules tournent maintenant (figure 8c) autour de la normale (à gauche ou à droite par hasard), en restant presque au même angle zénithal ~32- Sous l'action superposée de l'écoulement et de l'ancrage zénithal (qui les tire vers ~32 =
~20) le système relaxe vers la texture (8d), identique à celle des figures 6d et 7d. Pour un ancrage dégénéré, seul un faible couple de torsion élastique s'oppose à la commutation. Pour un ancrage presque dégenéré, un faible 5 couple d'ancrage azimuthal s'y ajoute. Dans les deux cas pourtant, la commutation est beaucoup plus efficace que dans le cas de cassure complète de l'ancrage zénithal.
1.3 - RESULTATS EXPERIMENTAUX
Pour étudier le fonctionnement du dispositif proposé, les inventeurs 10 ont réalisé plusieurs cellules avec des ancrages dégénérés ou presque dégénérés.
Un premier type de cellules utilise une lame recouverte avec une fine couche de GLYMO (avec une épaisseur de l'ordre de 100A) sur une électrode transparente d'lTO, qui donne un ancrage planaire dégénéré du 15 nématique 5CB. Le GLYMO est greffé chimiquement sur la surface et est réticulé pour former une couche stable et insoluble dans le cristal liquide.
L'autre lame dans la cellule est toujours traitée par évaporation de SiO
(82~, 105 nm, ancrage fort, monostable, incliné à a1o de l'ordre de 55~).
L'épaisseur des cellules était comprise entre 1,um et 4~m.
Après le remplissage, les cellules montrent toujours une texture plane, sans aucune torsion. Après l'application des impulsions électriques courtes, les inventeurs ont observé une commutation vers une texture tordue de 180~. Cette texture est transitoire et spontanément se transforme à nouveau dans la texture initiale, après un temps d'effacement le. Ce temps est de l'ordre de 10 à 100 ms et il est proportionnel au carré de l'epaisseur de la cellule.
~'énergie d'ancrage zénithal pour ces cellules est relativement forte, comparable à celle obtenue avec du SiO évaporé monostable. Ec est de l'ordre de 10Vl,um pour I = 1 ms. La figure 9 est l'enregistrement de la transmission optique de la cellule entre polariseurs croisés suite à
l'application d'une impulsion de commande 30. On a rajouté sur la figure 9 les correspondances avec les états expliqués en regard de la figure 6. On - ~ CA 02260262 1999-01-06 W O 98/50821 PCT~R98/00909 notera que le maximum de transmission est obtenu pour l'état 6e. Sur cette cellule, dont la réponse optique n'est pas optimisée, Jes inventeurs ont mesuré un contraste meilleur que 100:1.
Une autre série de cellules typiques a été réalisée avec des lames 2 5 couvertes par du polyisoprene qui donnent pour le 5CB un ancrage conique dégénéré. Comme contre-lames 1, les inventeurs ont utilisé des plaques de verre avec des électrodes transparentes, couvertes soit par du polyimide frotté (ancrage fort planaire, monostable), soit par SiO évaporé (82~, 105 nm, ancrage fort, monostable, incliné à environ 55~).
Au remplissage, tous les échantillons montrent des textures planes, avec le directeur dans le plan défini par l'ancrage monostable sur la contre-lame 1. Dans le cas de contre-lame 1 traitée par SiO (ancrage incliné), une seule texture inclinée, presque uniforme, est obseNée, similaire à la texture de la figure 6a. Dans le cas d'une contre-lame 1 planaire (polyimide frotté), 15 les deux textures plates schématisées sur la figure 10, coexistent, séparées par des défauts.
En appliquant de courtes impulsions électriques, les inventeurs ont observé une transition des cellules dans l'état "inscrit", tordue à 180~. Les seuils d'inscription Ec(l) mesurés pour ces cellules sont présentés sur la 20 figure 11. Le seuil statique de cassure de surface est très bas pour le polyisoprene (Ec de l'ordre de 1,5V/lum, un ordre de grandeur plus faible que le polyimide). Du point de vue pratique cette propriété est très importante: le dispositif peut être commandé avec de faibles tensions, même pour des impulsions courtes (U = 26V pour I de l'ordre de 10,us et 25 une cellule de 2,um). Malgré sa faible valeur, I'énergie d'ancrage est très uniforme sur la surface de la cellule, ceci résulte en pratique en un seuil d'inscription tres bien défini et constant sur de grandes surfaces.
Sur la figure 12 est présenté le seuil de cassure de l'ancrage du 5CB en fonction de la durée de l'impulsion pour un traitement de 30 polystyrène greffé sur 1' ITO. Pour ce revêtement aussi le seuil est raisonnablement bas (E~3volV,um pour ~ = 1ms) et très bien reproductible.

, CA 02260262 1999-01-06 W O 98150821 PCT~R98/00909 Le même seuil a été obtenu aussi pour les ancrages presque dégénérés obtenus par frottement mécanique de la couche de polystyrène greffée.
Le temps le est une caractéristique importante de l'afficheur monostable (qui s'efface spontanément) et il doit être ajusté selon la 5 fréquence de rafraîchissement. Ce temps dépend de plusieurs paramètres:
épaisseur de la cellule, géométrie des ancrages, durée et tension de l'impulsion de commande.
Sur la figure 13 ~e est présenté en fonction du carré de l'épaisseur de la cellule "d" pour des échantillons différents, contenant le nématique 10 5CB. La lame d'ancrage degénéré 2 est toujours couverte par du polyisoprene (ancrage conique dégénéré sans aucune mémoire). Deux types de contre-lames 1 ont été utilisées: ancrage planaire monostable sur polyimide frotté (courbe a) et ancrage incliné monostable sur SiO évaporé
(courbe b). La dépendance de le en d2 est bien connue de l'homme de l'art 15 : elle peut être déduite de la condition d'équilibre entre le couple élastique de torsion de volume qui oblige le directeur à tourner sur le cône d'ancrage, et le couple visqueux qui s'y oppose. On observe aussi que le est plus long pour un ancrage oblique sur la contre-lame: ces cellules ont un angle moyen ~ plus petit et donc les energies de leur texture fléchie (figure 6d) et 20 tordue (figure 6e) sont très proches. Le couple élastique de torsion devient petit et le temps de relaxation le se rallonge.
Sur la figure 14 est présentée la réponse optique d'une cellule (5CB, lame 2 polyisoprene, contre-lame 1 SiO oblique, épaisseur 2,3 ~m) pour des impulsions de commande d'une durée fixe (I = 50 ,us) et 25 différentes tensions. Plus précisément sur la figure 14 on a représenté 4 courbes a, b, c et d qui correspondent respectivement à quatre tensions de commande de 13,4 V, 13,5 V, 14 V et 15V. On voit sur la figure 14 que, au dessous d'un seuil bien défini Uc de l'ordre de 13,4 volts, on n'observe aucune transmission. A U > Uc la transmission augmente avec la tension 30 appliquée pendant l'impulsion de commande. A U supérieur ou égal à US -15 V, I'intensité de la transmission sature a sa valeur maximale et ne change plus. Cette dépendance, decouverte par les inventeurs, peut , CA 02260262 1999-01-06 W O 98/50821 PCT~R981'~3 s'expliquer de la façon suivante: à forte tension (U > US) I'ancrage sur la lame polyisoprene est cassé complètement et, à la fin de l'impulsion la commande hydrodynamique est très effficace, imposant un retour rapide du directeur vers la position ~ = ~0, (p = 0~ (figure 6d) aidé par l'ancrage 5 zénithal. La texture fléchie ainsi réalisée est plane et la transmission optique est faible. Pour l'instant, aucun couple azimutal n'est appliqué à la texture etl'ancrage ne glisse pas. Comme déjà expliqué, la texture (figure 6d) est instable et elle se transforme dans la texture tordue de la figure 6e, qui tire sur la surface 2 et oblige l'ancrage à glisser, conduisant en passant par la 10 texture de la figure 6f à la texture finale de la figure 6a. Pendant les transformations consécutives de la texture de la figure 6d vers la texture de la hgure 6a, la texture est tordue et l'intensité transmise est forte.
Quand la tension de commande est faible (U de l'ordre de Uc), I'ancrage zénithal de la lame 2 n'est pas complètement cassé et, à la fin de 15 I'impulsion le directeur tourne autour de la normale sur un cône de faible ouverture ~32 < ~320. Cette fois, I'effet hydrodynamique et l'ancrage zénithal tirent les molécules dans deux directions différentes: respectivement vers le demi-plan ~ = 0~ et vers le cône d'ancrage ~32 = ~320 A la fin de l'écoulement, on n'obtient pas la texture plane de la figure 6d, mais une 20 texture tordue, selon la hgure 6f. Rapidement cette texture se détord et donne la texture initiale de la figure 6a. En plus, toutes les textures intermédiaires sont proches de l'homéotrope et donc la transmission correspondante entre polariseurs croisés est faible.
Ce modèle explique le comportement des courbes l(t) sur la figure 25 14, notamment la croissance du temps de relaxation et de l'intensité
maximale avec la tension. Des courbes similaires ont été obtenues et expliquées par les inventeurs, avec une tension de commande fixe (U = 25 volts) et duree I variable: pour I - 14 ,us la réponse optique est nulle; à 14 IJS < I <16 ,us l'intensité transmise croît progressivement, à I supérieur ou 30 égal à 16 ,us le signal optique sature et ne dépend plus de ~. La dépendance de l'intensité transmise après l'impulsion de I et U est très importante du point de vue pratique: elle permet d'utiliser l'afficheur W O 98/~0821 PCT~R98/00909 proposé dans un mode de fonctionnement "teintes de gris", très important pour l'affichage en couleur. Il s'agit de la possibilité de changer la luminosité
du pixel en changeant la tension ou la durée de la courte impulsion de commande.
Ainsi pour définir des teintes de gris, on peut appliquer des impulsions proches du seuil de cassure, par exemple sous forme d'impulsions de durée fixe et d'amplitude comprise entre Uc et Uc-20% ou d'impulsions d'amplitude fixe et de durée comprise entre ~c et Ic-20% (Tc représentant la durée d'impulsion requise pour casser l'ancrage pour une amplitude donnée, voir par exemple figures 11 et 12).
La grande fidélité des seuils Uc et lc et la montée rapide de la luminosité pour un faible changement des paramètres (U ou ~) rendent possible un taux élevé de multiplexage de l'afficheur, en conservant les teintes de gris. Par exemple, on peut inscrire l'affficheur ligne par ligne avec15 une tension Uligne = (Uc + Us)12 sur la ligne active et (Uc - Us)/2 < Ucol <
(Us - Uc)12 sur les colonnes. De cette façon7 la tension résultante dans les pixels sur la ligne active varie entre Uc et Us. L'intensité de la lumière transmise peut donc varier entre zéro et la valeur maximale. La tension sur les lignes- non adressées reste inférieure à la tension de l'instabilité de 20 Fredericks [10].
Pour éviter un papillotement de l'image on peut utiliser une période de rafraîchissements de l'image inférieure au temps d'effacement le.
La figure 15 donne le signal optique en fonction du temps pour des impulsions de rafraîchissement de fréquence de répétition fixe et différentes 25 amplitudes de ces impulsions. Dans ce cas les inventeurs ont montré que le dispositif fonctionne dans le mode rms: le signal optique moyen est fonction de la moyenne du carré de la tension appliquée.
La figure 16 indique l'intensité lumineuse moyenne en fonction de la tension rms (racine carrée de la moyenne du carré de la tension). On peut 30 voir que le seuil de tension est abrupt. Le rapport M entre la tension donnant une intensité lumineuse de 90% et celle donnant 10% est proche ~ , .. . .

W O 98/50821 PCT~R98/00909 de 1,025. Ceci permet de réaliser un écran dont le nombre de lignes est donné par la formule de Alt et Pleshko ~11]:
N = [(~- +1)/(~- ~ = 1600 soit un écran de 1600 lignes.
Finalement, les inventeurs ont aussi étudié les ancrages presque dégénérés, obtenus par superposition d'un ancrage dégénéré conique ou planaire (couche de polyisoprene, polystyrène ou GLYM0) avec un faible alignement monostable (frottement de la lame avant ou après le dépôt de la couche d'ancrage dégénéré, dépôt de cette couche sur SiO évaporé ou une 10 autre surface anisotropique équivalente). Comme déjà expliqué, ces ancrages sont des ancrages symétriques, bistables, avec une très faible énergie d'ancrage azimutal.
Selon encore une autre variante, I'anisotropie peut être induite grâce à une irradiation à l'aide d'un faisceau de lumière polarisée 15 ultraviolette ou visible.
Après l'application des signaux de commande, les ancrages presque dégénérés cassent et la cellule s'inscrit, donnant la texture illustrée sur la figure 6e. Les seuils de cassure sont les mêmes que pour les ancrages- dégénérés correspondants. La texture inscrite ne s'efface 20 pourtant pas spontanément par glissement de l'ancrage, et reste stable à
l'échelle des secondes. A temps plus longs, la cellule s'efface par mouvement des défauts.
Le cas échéant cet effacement spontané peut être supprimé en ajoutant un dopant chiral au matériau cristal liquide, comme proposé dans 25 le document [9], dans un autre contexte pour l'ancrage monostable.
En bref, I'afficheur proposé dans le cadre de la presente invention, présente les caractéristiques suivantes:
- ancrages simples à produire, - inscription très rapide ( I < 1 0~1S pour U de l'ordre de 26 V), 30 - effacement spontané après un temps le ajustable, de l'ordre de 20 à 100 ms, i. e. comparable au taux de rafraîchissement de l'image vidéo, . _ , . . . . .

W O 98/50821 PCT~R98/00909 - teintes de gris (environ 7 à 8 teintes de gris binaires pour la cellule non-optimisée), - possibiiité d'obtenir une bistabilité.
On peut aussi envisager le cas où le seuil de cassure zénithal Ec2 5 de l'ancrage dégénéré est superieur au seuil de cassure zenithal Ec1 de l'ancrage zénithal classique. Pour un champ E tel que Ec2>E>Ec1, la plaque d'ancrage dégénéré devient la plaque maître, c'est-à-dire qu'elle va créer l'écoulement hydrodynamique de volume et de surface qui donne l'état fléchi dans le cas de l'inscription ou l'interaction élastique qui crée l'état 10 uniforme de la figure 6a dans le cas de l'effacement.
On peut également envisager le cas d'un traitement supprimant toute mémoire orientationnelle azimutale sur les deux plaques.
De plus on peut envisager dans le cadre de la présente invention d'utiliser soit un cristal liquide d'anisotropie diélectrique positive, soit un 15 cristal liquide d'anisotropie diélectrique négative.
Il.- Dispositifs utilisant un couple azimutal pour tourner l'ancraqe déqénéré.
Dans les dispositifs que nous avons decrits jusqu'à présent, le champ appliqué est normal aux lames et le fort couple électrique casse l'ancrage zenithal de la lame d'ancrage azimutal dégénéré. Après 20 I'impulsion de commande une nouvelle texture de volume est réalisée, qui dans le cas du monostable revient vers la texture initiale par rotation azimutale des molécules sur la lame d'ancrage dégénérée. Nous allons maintenant décrire d'autres dispositifs, où un couple azimutal appliqué dans la cellule produit une rotation azimutale. Aucune cassure d'ancrage ne se 25 réalise dans ce cas: I'ancrage azimuthal dégénéré se réoriente librement sous un tel couple et la texture de la cellule change d'une façon progressive et réversible puisque par définition le seuil de cassure de l'ancrage azimuthal dégénéré est zéro. Néanmoins, ces nouveaux dispositifs se distinguent des afficheurs traditionnels par le fait que, pendant leur 30 commutation, I'orientation du directeur tourne sur la lame d'ancrage dégénéré: à la place de l'ancrage fort traditionnel ils utilisent un ancrage azimuthal "infiniment faible".
11.1 - Afficheur à ancragedégénéré en champ horizontal.

W O 98/50821 PCT~R98/00909 a) Géométrie du dispositif Dans ce cas, les deux électrodes sont disposées sur une même lame, par exemple la lame 1 sur la figure 17; elles sont parallèles à l'axe y et distantes de L. Le champ électrique est dans le plan de la cellule 5 parallèle à l'axe x. Sur la lame 2 il n'y a pas d'électrodes et son ancrage est conique ou planaire dégénéré, sans mémoire orientationnelle. Sur la lame 1, I'ancrage est traditionnel, monostable, planaire ou incliné avec un angle azimuthal (p1 par rapport à l'axe x (fig. 17). La distance entre les lames est d. Sans champ, la texture plane de la figure 17a est réalisée: partout dans 10 la cellule les molécules sont parallèles à un plan vertical, défini par (p(z)=(p1.
Cette texture est imposee uniquement par l'ancrage sur la lame 1 et par l'élasticité de distorsion du nématique, parce qu'il n'y a aucun couple azimuthal de surface sur la lame 2.
Quand une tension U est appliquée entre les deux électrodes, le 15 champ électrique (E = U/L) oriente le directeur n(z) parallèlement (si a~ > o)~
ou perpendiculairement (si a~ < o) à l'axe x. Sur la lame 1 I'ancrage azimutal est fort et le directeur ne tourne pas ((p(0) = ~1). Sur la plaque 2 I'ancrage azimuthal est libre et la condition de bord est donnée par d p/dz I
Z=d = 0. Eri général on obtient sous champ une texture tordue, présentée sur 20 fig. 17b, avec une orientation p2 des molécules sur la lame dégénérée, dépendant du champ. Cette variation de l'orientation du nématique sur la lame 2 avec le champ distingue le dispositif proposé des autres afficheurs déjà connus, qui utilisaient aussi des champs de commande horizontaux mais, dont l'ancrage sur la lame 2 est fort et monostable (homéotrope 25 [documents 12 et 13], planaire ou incliné [voir références citées dans document 14]). L'homme de l'art sait que les afficheurs à champ horizontal sont beaucoup plus difficiles à réaliser et donc plus chers que les dispositifs à champ vertical (normal aux lames); ils nécessitent des tensions de commande L/d>>1 fois plus fortes, la disposition des électrodes dans le 30 pixel est compliquée, une matrice active est obligatoire pour le multiplexage.
Pourtant, les afficheurs à champ horizontal ont aussi un grand avantage:

. CA 02260262 1999-01-06 W O 98/50821 PCT~R98/00909 leur angle de vue est très grand, grâce au fait que dans tous ieurs états le directeur reste parallèle aux lames.
b) Comparaison entre le dispositif proposé et les afficheurs en champ horizontal et ancrages traditionnels.
Pour comprendre les avantages du dispositif proposé, il faut comparer la variation de l'angle ~(z) au travers de la cellule (fig. 18) pour deux afficheurs très semblables: le dispositif proposé de la fig. 17a et le même type d'afficheur, mais avec un ancrage fort monostable sur la lame 2, qui impose (p(d) = (P2 = (p1 Sans champ (U=0), les deux afficheurs 10 présentent une texture uniforme avec (p(z) = ~1(fig. 18, courbe a). Pour simplifier, nous supposons ici (p1 = 90~ et ~ > 0, sans bien sûr nous limiter à ce cas. Jusqu'à une certaine valeur-seuil de la tension Us le couple de surface, dû à l'ancrage, domine le couple électrique de volume et la texture reste uniforme. Pour l'ancrage traditionnel monostable le seuil est déhni par 15 U's = LU2/d, où U2 est te seuil de Frederiksz en géométrie de torsion [document 10], environ 0,5V pour le 5CB. Pour notre dispositif à ancrage conique sur la lame 2, le seuil est deux fois plus faible U"s = LU2/2d, grâce à la condition d'ancrage libre sur la lame 2. Au-dessus du seuil le couple électrique-devient sufhsamment fort pour distordre la texture. Dans le cas 20 d'ancrage traditionnel sur les deux lames, (p(z) varie dans le volume (fig. 18, courbe b), mais reste inchangé sur les deux surfaces. Dans le cas d'ancrage azimuthal degénéré sur la lame 2 les molécules tournent aussi sur cette surface (fig. 18, courbe c). La torsion de la texture dans ce cas est beaucoup plus forte.
Pour observer les transformations de texture on place la cellule entre polariseurs croisés, dont un est parallèle au directeur sur la lame 1.
Dans le cas des deux afficheurs, si U<Us, leur cellule est une lame biréfringente dont l'axe lent est parallèle à la polarisation de la lumière incidente, la transmission de ces afficheurs (cellule plus polariseurs) est nulle: I'afficheur est dans son état noir.
Pour l'afficheur connu, à ancrage fort sur les deux lames, si U>Us~
mais proche de Us la torsion dans la cellule correspond à la figure 18 . . , . CA 02260262 l999-0l-06 W O 98/50821 PCT~R9X/00~0 courbe b, la condition Mauguin est satisfaite (d(p/dz<<~n/~). Alors la polarisation de la lumière suit la direction des molécules, les torsions en haut et en bas annulent leurs effets, I'afficheur reste noir. Pour des tensions plus élevées la torsion de la cellule devient forte, la condition de Mauguin 5 n'est plus satisfaite près des surfaces; la lumière à la sortie de la cellule est fortement elliptique. La transmission augmente rapidement avec la tension mais d'une façon différente pour les différentes couleurs.
Dans le cas d'ancrage dégénéré, si U>Us mais proche de Usl la cellule reste dans le régime guide d'onde et joue le rôle d'un rotateur de polarisation: après avoir traversé la cellule, la polarisation de la lumière a tourné d'un angle (P2-(:P1, le même (ou presque) pour toutes les longueurs d'onde. La transmission augmente donc très régulièrement avec la tension dès le dépassement du seuil et la lumière transmise reste blanche.
Tout cela reste vrai aussi dans le cas général ~1 < 90~ pour I'ancrage dégénéré, mais dans ce cas il n'existe pas un seuil net Us et la torsion de la texture augmente progressivement avec U. Ainsi, les teintes de gris sont étendues sur une plus grande plage de tensions et sont donc plus faciles à contrôler mais le contraste baisse légèrement, parce que la torsion totale dar~s ~a cellule (p1 - (p2 devient plus petite que 90~. Pour éviter cet inconvénient il suffit de chiraliser le nématique en le transformant en un cholestérique de long pas 2,um < P < 10~m. La torsion dans une cellule chiralisée est présentée schématiquement sur la fig. 19, courbe a, sans champ, courbes b, c et d en champ croissant.
c) Avantages de l'afficheur proposé
Certains des avantages du dispositif de la fig. 17 par rapport aux autres afficheurs en champ horizontal deviennent évidents à partir de la discussion précédente. L'ancrage dégénére sur la lame 2 permet de baisser la tension de commande U d'un facteur deux, ou d'utiliser des rapports L/d deux fois plus grands à U fixe et donc de doubler la dimension des pixels.
La lumière transmise est blanche, sans aucune dispersion des couleurs.
Bien sûr, I'angle de vue est grand, comme dans tous les autres afficheurs en champ horizontal. L'ancrage dégénéré donne aussi une grande liberté

. .

W O 98/50821 PCT~R98/00909 de choix des paramètres géométriques de la cellule pour optimiser son comportement. Par exemple, on peut optimiser l'optique de la cellule en chiralisant le nématique et en choisissant indépendamment les orientations (p1 et (p2 sur les deux lames par rapport au champ E. Il est possible aussi de 5 commander le dispositif par la polarité du champ: les deux surfaces étant différentes, on peut créer une densité du dipôle de volume ou de surface dans la cellule (par exemple flexoélectrique [document 13], ordoélectrique [document 15]). Cette polarisation se couple avec la polarité du champ et suivant son signe la texture est tordue à gauche ou à droite, minimisant I'énergie due à ce couplage linéaire en E. Cet effet peut être important quand E I n ou quand le champ est faible, parce que dans ces deux cas l'effet linéaire est plus fort que l'effet diélectrique (quadratique en E).
d) Résultats expérimentaux Les inventeurs ont réalisé plusieurs cellules à champ horizontal entre une lame 1 d'ancrage fort planaire (évaporation oblique de SiO) et une lame 2 d'ancrage conique dégénéré (polystyrène greffe). Les deux électrodes transparentes d'lTO étaient disposées sur la lame 2 et séparées de 100 ,um. La durée des impulsions de commande a été choisie de 40 ms, compatible avec la durée de l'image vidéo.
Sur la fig. 20a est presentée la réponse optique d'une telle cellule (d = 2,0 ,um, (p1 =70~, nématique 5CB pur) au champ de commande variable E
= U/L. Pour comparaison, sur la fig. 20b sont présentés les résultats obtenus avec une cellule semblable, mais avec ancrage planaire monostable sur la lame 2. Dans les deux cas le contraste est très bon (~200) et l'angle de vue est large. Dans le cas d'ancrage monostable (fig.
20b) la lumière transmise est plus colorée et les champs de commande sont environ deux fois plus élevés, comme prévu.
11.2 - Afficheur à ancrage azimutal dégénéré en champ "vertical".
Comme nous l'avons déjà expliqué, I'intérêt des dispositifs utilisant des champs horizontaux est leur grand angle de vue. Par contre, I'avantage des afficheurs à champ "vertical" (perpendiculaire aux lames, obtenus entre deux électrodes transparentes déposées sur les deux lames) est leur i CA 02260262 1999-01-06 W O 98/~0821 PCT~R98/00909 simplicité et leur faible tension de commande. Nous allons maintenant démontrer qu'en utilisant des ancrages coniques il est possible de combiner les avantages des deux types d'afficheurs.
a) Géométrie du dispositif Dans ce cas (fig. 21), les deux électrodes sont déposées respectivement sur les deux lames 1 et 2. Le champ électrique E = U/d est parallèle à la normale des lames. L'ancrage sur la lame 1 est monostable (planaire ou oblique). Sur la lame 2 I'ancrage est planaire ou conique dégénéré, sans mémoire. Le cristal liquide entre les lames est un 10 nématique chiralisé ou un cholestérique d'un pas P relativement large par rapport à la longueur d'onde de la lumière visible. L'ancrage dégénéré
conique ou planaire sur la lame 2 distingue le dispositif proposé des dispositifs d'ancrage monostable homéotrope déjà proposés dans les documents [16] et ~17].
L'homme de l'art sait que sans contrainte extérieure, imposée par un champ ou par les bords, le cholestérique s'enroule en hélice. Si l'axe de l'hélice est parallèle à z, les molécules sont perpendiculaires à cet axe (~ =
90~) et (p = ~p (z) = qOz, où qs = 2~/P est le vecteur d'onde de la torsion cholestérique spontanée. Les conditions d'ancrage de la cellule de la figure 21 obligent une texture hélicoïdale, dont l'axe de l'hélice est perpendiculaire aux lames. Cependant, les alignements sur les lames et le champ électrique appliqué, imposent un angle zénithal ~ = ~(z), en général différent de 90~.
Un couplage apparaît maintenant entre ~(z) et d(p(z)/dz dû à l'anisotropie des constantes élastiques du nématique(K~_K3 > K2). En supposant que 25 K~= K3 = K ~ K2, et dans le cas d'ancrage azimuthal libre sur une des lames nous avons la relation:
d~ qo 1 + j ~ cos~
K, relation dans laquelle K, = constante élastique de la déformation en éventail du cristal liquide, 30 K2 = constante élastique de la torsion, CA 02260262 l999-0l-06 W O 98/50821 PCT~R98/00909 K3 = constante élastique de la flexion.
Il existe alors un couplage entre les distorsions zénithale et azimutale. Si la texture est proche du planaire (~ - 90~, hg. 21a) on revient à
d(p/dz = qO. Si la texture est proche de l'homéotrope (~ << 90~) on obtient 5 une baisse de la torsion d(p/dz = qOK2/K.
Dans le dispositif proposé par les inventeurs le couplage entre p et ~3 joue le rôle d'un "convertisseur" de couple. Il transforme les couples zénithaux, créés directement par le champ vertical, en couples azimutaux.
Ainsi, grâce à l'ancrage azimutal libre sur la lame 2, I'angle (p2 change sous 10 I'action du champ (fig. 21b, nous supposons sur cette figure ~E > 0). Entre polariseurs croisés on obtient un changement de l'intensité transmise. Si P
et ~n sont grands, la texture est presque planaire, on travaille en régime de guide d'onde et à la sortie de la cellule la polarisation est plus ou moins tournée, selon le champ appliqué. Ce régime est facilement réalisable avec 15 des ancrages obliques sur les deux lames et ~E < O (~3 < 90~ sans champ, ~_90~ sous champ). Si P est petit eVou la texture est proche de l'homéotrope (~ << 90~), le régime de guide d'onde est perturbé et à la sortie de !a cellule la lumière est plus ou moins elliptique, selon le champ.
Ce regime est facilement réalisé avec des ancrages planaires (ou proches 20 du planaire) sur les deux lames et ~E > 0 (texture presque homéotrope sous champ).
b) Avantages du dispositif proposé
Le dispositif proposé présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs basés sur des ancrages traditionnels. Par rapport aux 25 afficheurs en champ horizontal ces avantages sont:
~ simplicité de réalisation, ~ possibilité de faire des pixels de taille et de forme arbitraire, ~ faibles tensions de commande, possibilité d'opérer en régime passif (sans matrice active), ~ bonne colorimétrie dans le cas d'operation en guide d'onde.
Par rapport aux afficheurs en champ vertical et ancrage traditionnel ces avantages sont:

W O 98/~0821 PCT~R98/00909 ~ grand angle de vue, ~ bonne colorimétrie en cas de guide d'onde ~ possibilité de forts changements de texture et donc de ~p, sans apparition de défaut (ces variations peuvent être ainsi très rapides et 5 réversibles).
b) Résultats expérimentaux Pour démontrer les performances du dispositif proposé en champ vertical les inventeurs ont réalisé plusieurs cellules entre deux lames de verre, avec des électrodes transparentes d'lTO sur les surfaces intérieures des lames. Dans tous les cas l'ancrage est traditionnel et monostable sur la lame 1 et conique ou planaire dégénéré sur la lame 2. Le nématique 5CB
est chiralisé pour obtenir une torsion spontanée, d'un pas P très supérieur à
la longueur d'onde.
Sur la figure 22 est présentée la réponse optique d'une telle cellule à une impulsion électrique de durée I = 40 ms (compatible avec la fréquence vidéo) et de tension U entre 1,0 et 3,0 V. L'ancrage est oblique monostable (SiO) sur la lame 1 et conique dégénéré (polystyrène greffé) sur la lame 2. L'épaisseur de la cellule est d = 4,0 ,um et le pas cholesterique est P _ 5,0 ,um. La torsion dans la cellule varie entre ~270~ sans champ et -160~ sous fort champ. Cette forte torsion assure un large angle de vue, comparable aux afficheurs supertwistés. Les temps de réponse sont compatibles avec la fréquence de l'image vidéo et le contraste (non optimisé) est d'environ 20.
Sur la figure 23 est présentée la réponse optique pour une autre cellule, avec les mêmes ancrages, mais avec d = 2,9 ,um et P _ 2,6 ,um.
Grâce à l'épaisseur plus fine, les temps de relaxation sont plus rapides sur cette cellule, permettant des rafraîchissements de l'image plus fréquents (par exemple 16,6 ms pour le standard NTSC). Le contraste de cette cellule est très bon, d'environ 140.
Dans ces deux cellules, le pas de l'hélice n'est pas assez grand pour satisfaire la condition de Mauguin ~nP~>~. Le régime de guide d'onde est donc perturbé et la dispersion des couleurs n'est pas complètement , W O 98/50821 PCT~R98100909 évitée. Aussi, les inventeurs ont observés dans ces cellules à forte torsion totale des modulations de la texture, déjà observées pour des cellules hybrides [document 17]. Ces modulations continues, sans ligne de défaut, sont dues à l'ancrage conique sur la lame 2 et pour de faibles épaisseurs (d 5 ~ P) ils remplacent les vrais défauts ("fingerprints") observés dans les cholestériques sous ancrages monostables. Les temps de réponse dans notre cas ne sont pas influencés par les modulations de texture il n'y a aucun hystérésis, parce qu'il n'y a pas de création ni de transport de défauts.
Les modulations sont observées dans l'état sans champ, qui est l'état clair pour l'afficheur proposé, et elles ne dégradent pas le contraste.
Sur la figure 24 nous présentons la réponse optique d'une cellule à
long pas (P ~ 13 ,um), qui travaille dans le régime de guide d'onde et qui a une meilleure colorimétrie. Cette cellule a une épaisseur d ~ 3,7 ,um, 15 ancrage planaire monostable (SiO) sur la lame 1 et ancrage planaire dé~énéré (traitement par Glymo) sur la lame 2. La torsion totale de cette cellule est petite et il n'y a pas de modulation de la texture.
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Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un matériau cristal liquide pris en sandwich entre deux plaques de confinement (1, 2), caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques (2) est munie d'un traitement qui définit un ancrage azimutal dégénéré, sans mémoire orientationnelle azimutale.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement est un traitement de passivation de la surface de l'une au moins des plaques (1, 2) par inhibition des sites d'adsorption sur cette surface.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le traitement est obtenu par le choix d'un matériau constituant les plaques de confinement ou d'un revêtement sur celles-ci.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau comprend un polymère comportant des chaînes fluides ou très mobiles ou ne comportant pas de site d'adsorption du cristal liquide.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le traitement comporte le greffage d'un revêtement.

6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le traitement opère par saturation des sites d'adsorption.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le traitement est adapte pour ne pas interagir fortement avec le cristal liquide, notamment ne pas s'orienter facilement par les interactions anisotropes avec les molécules mésogènes de cristal liquide.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le traitement comprend un composé choisi dans la famille des silanes organofonctionnels.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le traitement comprend un composé choisi dans la famille des silanes organofonctionnels comportant des groupes chlorosilane (Si-Cl), silanol (Si-OH), ou alkoxysilane (Si-C n H2n OH).

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le traitement comprend des complexes de chrome.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le traitement est formé de 3-Glyceryloxypropyl Trimethoxysilane (GLYMO)

12. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le matériau comprend des polymères en phase liquide dans tout le domaine de stabilité thermique de la phase mésogène utilisée et que lesdits polymères sont greffés sur la surface.

13. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le matériau comprend des polymères insolubles dans le cristal liquide, dans leur état vitreux.

14. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 12 et 13, caractérisé par le fait que le matériau comprend des polymères liquides de la famille des siloxanes ou des polymères vitreux, à la température ambiante.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le matériau comprend du polyisoprène, du polybutadiène ou du polystyrène.

16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que le traitement est adapté pour définir un ancrage planaire dégénéré.

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que le traitement est adapté pour définir un ancrage conique dégénéré.

18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à commander un changement d'état, par effet hydrodynamique de surface.

19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à commander un changement d'état, par effet hydrodynamique de volume.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande appliquant sur le cristal liquide une impulsion inférieure au seuil de cassure sur la plaque pourvue du traitement.

21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande créant un effet hydrodynamique de volume ou de surface induisant une rotation azimutale d'un ancrage dégénéré ou presque dégénéré sans cassure de l'ancrage zénithal.

22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de commande appliquant sur le cristal liquide une impulsion supérieure au seuil de cassure sur la plaque pourvue du traitement.

23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que le traitement est déposé sur un substrat isotrope pour définir un ancrage planaire ou conique dégénéré et sans hystérésis orientationnel.

24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que le traitement est déposé sur un substrat anisotrope.

25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé par le fait que le traitement est déposé sur une couche de SiO placée sur une plaque de confinement.

26. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens superposant une anisotropie à un ancrage dégénéré conique ou planaire pour produire un ancrage presque dégénéré d'énergie azimutale non nulle mais sans mémoire ni hystérésis.

27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé par le fait que les moyens superposant une anisotropie à un ancrage dégénéré conique ou planaire sont choisis dans le groupe comprenant: un frottement de la plaque de confinement (2) avant ou après le dépôt du revêtement, le dépôt du revêtement sur une surface anisotrope ou l'induction d'une anisotropie par irradiation du revêtement de passivation à l'aide d'un faisceau de lumière polarisée ultraviolette ou visible.

28. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé par le fait que le dispositif d'affichage est bistable et qu'en l'absence de champ deux textures au moins sont stables parmi les trois textures possibles:
plane/inclinée (fig. 6a, 7a), plane/fléchie (fig. 6d, 7d), et la texture tordue (fig. 6f).

29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que les inclinaisons (.THETA.) des molécules au repos par rapport à une normale aux plaques de confinement sont assez petites pour stabiliser la texture plane/fléchie.

30. Dispositif selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé
par le fait qu'il comprend un dopant chiral pour stabiliser la texture tordue.

31. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé par le fait que le dispositif d'affichage est monostable, que l'état induit par le moyen de commande est instable et que le dispositif revient spontanément dans l'état stable initial par un chemin continu.

32. Dispositif selon la revendication 31, caractérisé par le fait que les inclinaisons (.THETA.) des molécules au repos par rapport à une normale aux plaques de confinement sont grandes.

33. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé par le fait que les moyens de commande sont adaptés pour appliquer sélectivement sur le cristal liquide une impulsion choisie parmi plusieurs impulsions de commande proches du seuil de cassure pour définir des teintes de gris choisies.

34. Dispositif selon la revendication 33, caractérisé par le fait que les impulsions de commande ont une durée fixe et une amplitude variable proche du seuil de cassure.

35. Dispositif selon la revendication 33, caractérisé par le fait que les impulsions de commande ont une amplitude fixe et une durée variable proche du seuil de cassure.

36. Dispositif selon l'une des revendications 33 et 34, caractérisé
par le fait qu'il est organisé en matrice et que les moyens de commande sont adaptés pour appliquer une tension Uligne = (U c + U s)/2 sur la ligne active et (U c - U s)/2 < Ucol < (U s - U c)/2 sur les colonnes, U c et U s représentant respectivement les seuils d'apparition et de saturation de changement d'état du dispositif.

37. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que pour effacer une texture inscrite, les moyens de commande appliquent une impulsion qui favorisent l'interaction élastique entre les deux surfaces par rapport à leur interaction hydrodynamique.

38. Dispositif selon l'une des revendications 33 à 35, caractérisé par le fait que la période de répétition des impulsions de commande qui rafraîchissent l'image est inférieure au temps d'effacement du dispositif et qu'ainsi la sélection des niveaux de gris est donnée par la valeur de la tension quadratique moyenne appliquée sur le pixel.

39. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 32, 37 et 38, caractérisé par le fait qu'il est prévu des moyens de commande aptes à
casser l'ancrage sur les deux plaques.

40. Dispositif selon la revendication 39, caractérisé par le fait qu'il est prévu des moyens de contrôle complémentaire aptes à créer un champ ou écoulement horizontal d'orientation.

41. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21 et 23 à 40, caractérisé par le fait que le seuil de cassure zénithal de l'ancrage dégénéré
prévu sur une plaque est supérieur au seuil de cassure zénithal d'un ancrage classique prévu sur l'autre plaque, et il est prévu des moyens aptes à appliquer un champ compris entre les deux seuils d'ancrage ainsi définis.

42. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 41, caractérisé par le fait que les deux plaques (1, 2) possèdent un traitement définissant un ancrage azimutal dégénéré sans mémoire orientationnelle azimutale.

43. Dispositif selon les revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'une des plaques induit un ancrage azimutal fort et l'autre un ancrage azimutal dégénéré planaire ou conique.

44. Dispositif selon la revendication 43, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer un champ électrique perpendiculaire aux plaques et que le cristal liquide est cholestérisé pour former dans la cellule une texture hélicoïdale régulière, dont le pas change sous l'action du champ grâce à l'ancrage azimuthal dégénéré d'une des lames.

45. Dispositif selon la revendication 44, caractérisé par le fait que le cristal liquide est d'anisotropie positive et que sous champ la texture hélicoïdale régulière est conservée mais son pas varie.

46. Dispositif selon la revendication 44, caractérisé par le fait que le cristal liquide est d'anisotropie négative et qu'au moins un des ancrages sur les plaques est incliné; ainsi le champ appliqué augmente l'angle zénithal et change le pas de l'hélice.

47. Dispositif selon la revendication 43 et caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer un champ électrique parallèle aux plaques qui commande la torsion des molécules au voisinage de la lame d'ancrage azimutal dégénéré.

48. Dispositif selon la revendication 47, caractérisé par le fait que le cristal liquide est nématique d'anisotropie diélectrique positive et que le champ E est appliqué perpendiculairement à la texture uniforme du nématique sans champ.

49. Dispositif selon la revendication 47, caractérisé par le fait que le cristal liquide est nématique d'anisotropie négative et que le champ E est appliqué parallèlement à la texture uniforme du nématique sans champ.

50. Dispositif selon la revendication 47, caractérisé par le fait que le cristal liquide est nématique et que le champ est appliqué selon une direction différente de 0 et de 90i par rapport à la texture uniforme.

51. Dispositif selon la revendication 47, caractérisé par le fait que le cristal liquide est cholestérisé pour obtenir une texture hélicoïdale en absence du champ.