EP1759239A1 - Dispositif d'affichage a cristaux liquides comprenant une couche d'alignement heterogene - Google Patents

Dispositif d'affichage a cristaux liquides comprenant une couche d'alignement heterogene

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EP1759239A1
EP1759239A1 EP05748345A EP05748345A EP1759239A1 EP 1759239 A1 EP1759239 A1 EP 1759239A1 EP 05748345 A EP05748345 A EP 05748345A EP 05748345 A EP05748345 A EP 05748345A EP 1759239 A1 EP1759239 A1 EP 1759239A1
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EP
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liquid crystal
display device
layer
crystal molecules
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EP05748345A
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Naci Basturk
Joachim Grupp
Sung Gook Park
Celestino Padeste
Helmut Schift
Toralf Scharf
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Asulab AG
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Publication date
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    • G02F1/133742—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device of the type comprising a first front substrate and a second rear substrate separated by a space delimiting a volume for the confinement of a liquid crystal layer, a heterogeneous alignment layer being provided. on at least one of the two substrates.
  • All liquid crystal applications are based on the simple principle that liquid crystals can be easily aligned by proper treatment of the contact surfaces. Better control of the alignment of liquid crystals is therefore one of the key aspects for new generations of flat panel displays. Uniform chemical surface treatments are often used to induce homeotropic alignment of liquid crystal molecules in line with the substrates of a liquid crystal display cell. It is also possible, through chemical interactions, to obtain a planar alignment of the liquid crystal molecules.
  • the alignment thus obtained is not univocal or unidirectional but degenerate, that is to say that all the orientations of the liquid crystal molecules in the plane are possible.
  • Such an alignment is called “inhomogeneous planar alignment”.
  • the alignment layers are subjected to mechanical friction to induce a preferential orientation of the liquid crystal molecules.
  • This preferential orientation is often called "easy axis” (or “easy axis” in English terminology) of liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal molecules therefore line up parallel to the easy axis.
  • the mechanical friction of the alignment layers also usually makes it possible to control the polar orientation, in other words the tilt angle, of these molecules.
  • the object of the present invention is to provide a liquid crystal display cell comprising a heterogeneous alignment layer of the liquid crystal molecules enabling the abovementioned drawbacks of the alignment layers of the prior art to be obviated.
  • the subject of the present invention is a liquid crystal display device comprising a first front substrate and a second rear substrate separated by a space delimiting a volume for the confinement of a layer of liquid crystal molecules, these substrates comprising on their internal faces opposite a first and a second group of electrodes respectively, the application of an appropriate control voltage to selected electrodes making it possible to locally modify the optical properties of the liquid crystal, this display device comprising in in addition to a heterogeneous alignment layer provided on the inner face of at least one of the two substrates, this alignment layer comprising a film which induces either a planar alignment or a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules and on which is structured a periodic network of elementary patterns which induce a homeotropic alignment of the moles liquid crystal cules if the film induces a
  • the present invention provides a liquid crystal display device comprising a heterogeneous alignment layer formed on the inner face of at least one of the two substrates and making it possible to simultaneously control the polar orientation and the azimuthal orientation of liquid crystal molecules.
  • the alignment of the liquid crystal molecules thus obtained is a unique or unidirectional alignment, which means that the polar orientation and the azimuthal orientation of the liquid crystal molecules are the same throughout the volume of the cell.
  • a liquid crystal display device according to the invention has a homogeneous optical appearance, devoid of differently oriented domains which usually constitute as many display defects visible to the naked eye between crossed polarizers.
  • the present invention makes it possible to produce bistable display cells in which the liquid crystal molecules can be switched between two determined positions.
  • the invention can also be applied to the production of hybrid cells or "Super Twist Nematic" (STN) cells with a high tilt and twist angle which have the advantage of having a high switching speed and being able to be more easily multiplexed.
  • STN Super Twist Nematic
  • liquid crystals with negative dielectric anisotropy can be used.
  • the resulting cells have a high switching speed, good viewing angle and excellent contrast.
  • the tilt angle of the liquid crystal molecules depends on the ratio between the surfaces of the domains which induce planar alignment and the domains which induce homeotropic alignment.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a liquid crystal display device comprising the steps consisting in: - providing a first front substrate and a second rear substrate separated by a space delimiting a confinement volume in which a layer of liquid crystal is introduced; structuring on the interior faces opposite the first and second substrates a first and a second group of electrodes respectively; - deposit on the inner face of at least one of the two substrates a heterogeneous alignment layer comprising a film which induces either a planar alignment or a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules, and - structure on the film a periodic network of elementary patterns which induce a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules if the film induces a planar alignment of these molecules or a planar alignment if the film induces a homeotropic alignment, the manufacturing process further comprising the steps of: - structuring the elementary patterns in a first direction with a pitch greater than or equal to the pitch with which these same elementary patterns are repeated in a second direction not parallel to the first direction;
  • the polar orientation of the liquid crystal molecules is adjusted by modulating the density of coverage, that is to say the ratio between the quantity of material inducing a deposited homeotropic alignment and the maximum amount of material inducing a homeotropic alignment that can be deposited per unit area.
  • the polar orientation of the liquid crystal molecules is adjusted by modulating the surface ratio between the domains which induce a homeotropic alignment and the domains which induce a planar alignment.
  • the structuring of the heterogeneous alignment layer comprises the steps consisting in: - provide a buffer with a relief structure whose image corresponds to that of the desired network; - successively depositing on the substrate a layer of a material inducing a planar alignment of the liquid crystal molecules, then a layer of a material in which the image of the relief structure can be transferred; - imprinting the layer of thermoplastic material by means of the buffer to transfer the image of the relief structure into said layer of material; - unmolding the pad so that the layer of material has a succession of trenches; - remove by ion attack the remainder of the thermoplastic material which remains in the bottom of the trenches; - deposit in the gas phase or from a solution a layer of material inducing a homeotropic alignment, and - remove by removal or by dissolution the residual thermoplastic material.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a liquid crystal molecule on which are represented the polar and azimuthal orientations as well as the tilt angle of the molecule;
  • - Figure 2 is a schematic sectional representation of a liquid crystal display cell according to the invention;
  • - Figure 3 is a plan view of a heterogeneous alignment layer comprising first and second zones which periodically alternate and which respectively induce planar alignment and homeotropic alignment of the liquid crystal molecules;
  • - Figures 4A to 4E are schematic views illustrating the different stages of the manufacturing process of the heterogeneous alignment layer shown in Figure 3;
  • FIG. 1 is a schematic representation of a liquid crystal molecule on which are represented the polar and azimuthal orientations as well as the tilt angle of the molecule;
  • - Figure 2 is a schematic sectional representation of a liquid crystal display cell according to the invention;
  • - Figure 3 is a plan view of a heterogeneous alignment layer comprising first and second zones which periodically alternate and which respectively induce planar alignment and homeotropic alignment
  • FIG. 5 is a curve representing the variation of the polar orientation or tilt angle of the liquid crystal molecules as a function of the density of coverage of the material inducing a homeotropic alignment
  • - Figures 6A and 6B are perspective views of an elementary domain inducing a planar alignment of the liquid crystal molecules and having areas in relief
  • - Figure 7 is a graph which shows the variations of the gradients of the widths of the domains of Figure 3 as a function of x
  • FIG. 8A is a partial plan view of a heterogeneous alignment layer comprising domains which respectively induce planar and homeotropic alignments of the liquid crystal molecules and which are repeated periodically with the same pitch in the directions x, y;
  • FIG. 8B is a graph which shows the variations of the gradients of the widths of the domains of FIG. 8A as a function of z;
  • - Figure 9A is a partial plan view of a heterogeneous alignment layer according to the invention comprising yet another form of domains, and
  • - Figure 9B is a graph which shows the variations of the gradients of the widths of the domains of the Figure 9A as a function of x.
  • the present invention proceeds from the general inventive idea which consists in providing at least one of the opposite faces of two substrates of a liquid crystal display cell with a so-called heterogeneous alignment layer, that is to say that is to say formed by a periodic alternation of first and second domains which respectively induce a planar alignment and a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules.
  • a so-called heterogeneous alignment layer that is to say that is to say formed by a periodic alternation of first and second domains which respectively induce a planar alignment and a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules.
  • Figure 1 is a schematic representation of a liquid crystal molecule 1 which is in a generally cylindrical shape and whose position in space is determined relative to a three-dimensional orthogonal coordinate system x, y, z.
  • FIG. 1 is a sectional view of part of a liquid crystal display cell according to the invention. Designated as a whole by the general reference numeral 2, this cell comprises a first front substrate 4 and a second rear substrate 6 separated by an interval 8 delimiting a volume for the confinement of a layer 10 of liquid crystals.
  • the substrates 4 and 6 have on their opposite faces a first and a second group of electrodes, respectively 12 and 14, arranged so that the application of an appropriate control voltage to selected electrodes makes it possible to locally modify the properties. liquid crystal optics.
  • the display cell 2 according to the invention further comprises a heterogeneous alignment layer 16 formed on the inner face of at least one of the substrates 4 and 6 and described in detail below.
  • the display cell 2 also comprises other elements necessary for its operation such as, in particular, polarizers, retarding films, reflectors and the like but which will not be described here insofar as they play no role in the part of the present invention and that they are well known to those skilled in the art. As can be seen on examining FIG.
  • the alignment layer 16 is an alignment layer of the heterogeneous type comprising a plurality of first and second domains 18 and 20 which alternate periodically and which induce, respectively, planar alignment and homeotropic alignment of liquid crystal molecules. It will be recalled for all practical purposes that the liquid crystal molecules are arranged in a planar alignment when they extend substantially parallel to the substrates of a cell, and that their arrangement is said to be homeotropic when the molecules extend substantially perpendicular to the plane cell substrates.
  • the domains 20 which induce a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules all have the same shapes and dimensions, in this case isosceles triangles, and are repeated with a step Pi in a first rectilinear direction x which is greater than the step P2 with which these same domains 20 repeat in a second rectilinear direction y perpendicular to the direction x.
  • the step P-) is equal to 286 nm, while the step P2 is of the order of 190 nm.
  • the step Pi with which the elementary patterns 20 which induce a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules are repeated must be substantially less than the space 8 separating the two substrates 4 and 6 from cell 2, the values commonly observed are between 4 and 9 ⁇ m. This is why the preferred maximum value of the step Pi will be less than 1 ⁇ m and, more preferably still, less than 0.5 ⁇ m.
  • the area of the domains 20 decreases according to the x direction, this in order to fix the azimuthal orientation of the liquid crystal molecules.
  • L- the width of the domains 18 and L 2 the width of the domains 20.
  • the direction of variation or gradient ⁇ Li / ⁇ x of the width L1 as a function of x is constant and positive as shown in FIG. 7.
  • the gradient ⁇ L2 ⁇ x of the width L 2 is constant and negative, which is easily understood insofar as the domains 20 are the complements of the domains 18.
  • the polar orientation or tilt angle molecules of liquid crystal it is fixed by the ratio of the areas of domains 18 and 20 as will be described in more detail below. It will of course be understood that the example of a heterogeneous alignment layer illustrated in conjunction with FIG. 3 is given purely by way of illustration and without limitation only. In particular, it is not necessary for the domains 20 to be arranged one after the other in a matrix arrangement.
  • FIG. 4A illustrates the step of hot stamping.
  • the substrate 6, for example made of glass, is covered with a thin electrically conductive layer, for example made of indium tin oxide (ITO) at the places where the electrodes are located 14.
  • ITO indium tin oxide
  • the entire surface of the substrate 6 is then covered with 'a film 22 of a material inducing a planar alignment of liquid crystal molecules such as silicon oxide, Zr ⁇ 2, I ⁇ I 2 O3, CaF2, a polyimide, a polyamide-imide, a polyphenylene or a polyamide.
  • the thickness of the film 22 is typically between 10 and 100 nm.
  • the film 22 should be as thin as possible at the places where it covers the ITO film so as not to cause a decrease in the electric field used for driving the liquid crystal molecules at the point of intersection of two given electrodes.
  • the film 22 is then covered with a layer 24 of a thermoplastic material such as PMMA (polymethyl methacrylate) whose molecular weight is 25 kg / mole.
  • thermoplastic materials used in the field of hot stamping such as polyacrylates, polycarbonates, polyamides or others, can be used. It is then provided with a buffer 26 having a relief structure 28 whose image corresponds to the arrangement of the areas 18 and 20 sought.
  • the buffer 26 is obtained by replicating a master mask produced by writing using an electron beam (resolution of the order of 10 nm) or by laser interference (resolution from 250 nm depending on the length of the laser beam used).
  • the pad 26 is applied hot and under pressure against the layer 24 of thermoplastic material so as to transfer the image of the relief structure into said layer of material 24.
  • FIG. 4B represents the step of demolding the pad 26 so that the layer of thermoplastic material 24 has a succession of trenches 30 delimited by knolls 32.
  • FIG. 4C the residue of thermoplastic material remaining in the bottom of the trenches 30 is removed by ionic attack so as to cause day the underlying film 22 of material inducing a planar alignment. The attack can be done in such a way as to create symmetrical or asymmetrical structures.
  • FIG. 4D a layer 34 of material is induced in the vapor phase inducing a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules.
  • the material chosen is a fluorinated silane ((tridecafluoro-1, 1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane).
  • the film 22 of material inducing a planar alignment serves as a bonding layer to the fluorinated silane.
  • the thickness of the layer 34 of fluorinated silane is of the order of 1 to 3 nm, which corresponds substantially to the average length of the silane molecules.
  • silanes with a long chain of fluorinated or non-fluorinated alkyls silanes having different functionalities (mono, bi or trifunctional) or mixtures of these two types of materials can also be used.
  • a process implemented at ambient temperature or at relatively low temperature and at a pressure of the order of one bar consists in depositing on the film 22 a photopolymerizable or thermosetting product in the more or less liquid state. to which the stamp is applied to transfer the desired image.
  • the polymerization is carried out by means of adequate actinic radiation such as visible light, ultraviolet rays, X-rays, a electron beam or by simple heating during the application of the tampon.
  • the structures are thus transferred to the film 22, the rest of the process being similar to that described above.
  • photopolymerizable material there may be used acrylates, methacrylates, vinyls, thioenols, unsaturated esters and other products still known to those skilled in the art.
  • thermosetting material epoxides, polyurethanes or other thermosetting materials known to those skilled in the art can be used.
  • a copy of the master can be used, either in a metallic material such as nickel (the copy is better known by its Anglo-Saxon name “nickel shim”), or in a non-metallic material such as thermosetting polymers, thermoplastics or elastomers.
  • the polar orientation or tilt angle of the liquid crystal molecules is influenced by the ratio between the surface of the domains which induce a planar alignment and the surface of the domains which induce a homeotropic alignment.
  • the tilt angle is also influenced by the density of coverage of the material inducing a homeotropic alignment, in other words by the ratio between the quantity of material inducing a homeotropic alignment deposited and the maximum quantity of this material which it is possible to deposit by unit of area.
  • FIG. 5 shows the variations in degrees of the tilt angle as a function of the percentage value of the density of coverage of the material inducing a homeotropic alignment (fluorinated silane). The curve illustrated in FIG. 5 has been established for a surface ratio between the domains which induce a planar alignment and those which induce a homeotropic alignment equal to 1.
  • the present invention is not limited to the mode of embodiment which has just been described and that various simple modifications and variants can be envisaged by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.
  • the domains which induce a planar alignment of the liquid crystal molecules have raised areas having a determined topography as illustrated in FIGS. 6A and 6B.
  • Such a network better known by its Anglo-Saxon name of "grating”, can be symmetrical (FIG. 6A) or asymmetrical (FIG. 6B).
  • the periodic profile 36 of the relief structure 38 has a longitudinal symmetry along the axis ll between the passage through two successive maxima or two minima.
  • An asymmetrical network is, for its part, a periodic network 40 devoid of axis of symmetry.
  • the periodic profile 36, 40 of the relief structures 38, 42 extends in one direction.
  • FIG. 8A is a partial plan view of a heterogeneous alignment layer comprising domains 18 ′ and 20 ′ which induce planar alignment and homeotropic alignment of the liquid crystal molecules, respectively.
  • the pitch P'i with which the patterns 20 'repeat in the direction x is equal to the pitch P'2 with which these same patterns 20' repeat in the direction y perpendicular to the direction x.
  • the surface of said patterns 20 ′ decreases with a periodicity P 3 in a third direction z which forms an angle of 45 ° with the direction x.
  • L'1 the width of the domains 18 'and L'2 the width of the domains 20'.
  • the gradient ⁇ L'-j / ⁇ z of the width L'i as a function of z is constant and positive as shown in Figure 8B.
  • FIG. 9A is a partial plan view of a heterogeneous alignment layer according to the invention comprising yet another form of domains.
  • the surface of the 20 "domains which induce a homeotropic alignment of the liquid crystal molecules generally increases in the direction x but that it presents a succession of maxima and minima, each maximum ( respectively minimum) being closer to the x axis than the previous maximum (respectively minimum).

Abstract

Dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un premier substrat avant (4) et un second substrat arrière (6) séparés par un espace (8) délimitant un volume pour le confinement d'une couche de molécules de cristal liquide (10), ces substrats (4, 6) comportant sur leurs faces intérieures en regard un premier et un second groupe d'électrodes (12, 14) respectivement, l'application d'une tension de commande appropriée à des électrodes sélectionnées permettant de modifier localement les propriétés optiques du cristal liquide, ce dispositif d'affichage (2) comprenant en outre une couche d'alignement hétérogène (16) ménagée sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats (4, 6), cette couche d'alignement (16) comprenant un film (22) qui induit soit un alignement planaire, soit un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide et sur lequel est structuré un réseau périodique de motifs élémentaires (20) qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide si le film (22) induit un alignement planaire de ces molécules ou un alignement planaire si le film (22) induit un alignement homéotrope, ledit dispositif d'affichage (2) étant caractérisé en ce que : le pas (P1) avec lequel se répètent les motifs élémentaires (20) selon une première direction (x) est supérieur ou égal au pas (P2) avec lequel ces mêmes motifs élémentaires (20) se répètent selon une seconde direction (y) non parallèle à la première direction (x); le pas (P1) avec lequel se répètent les motifs élémentaires (20) selon la première direction (x) est inférieur à l'espace (8) séparant les deux substrats (4, 6), et en ce que: la surface des motifs élémentaires (20) va en diminuant selon une troisième direction qui peut se confondre avec l’une des première ou seconde directions (x, y).

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES COMPRENANT UNE COUCHE D'ALIGNEMENT HETEROGENE
La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type comprenant un premier substrat avant et un second substrat arrière séparés par un espace délimitant un volume pour le confinement d'une couche de cristal liquide, une couche d'alignement hétérogène étant ménagée sur l'un au moins des deux substrats. Toutes les applications des cristaux liquides reposent sur le principe simple que les cristaux liquides peuvent facilement être alignés par un traitement adéquat des surfaces de contact. Un meilleur contrôle de l'alignement des cristaux liquides est donc l'un des aspects clés pour les nouvelles générations d'afficheurs plats. On a souvent recours à des traitements chimiques uniformes de surface pour induire un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide au droit des substrats d'une cellule d'affichage à cristaux liquides. On peut également, par le biais d'interactions chimiques, obtenir un alignement planaire des molécules de cristal liquide. Cependant, l'alignement ainsi obtenu n'est pas univoque ou unidirectionnel mais dégénéré, c'est-à-dire que toutes les orientations des molécules de cristal liquide dans le plan sont possibles. On appelle un tel alignement "alignement planaire inhomogène". Pour lever la dégénérescence d'orientation des molécules de cristal liquide dans le plan, on soumet les couches d'alignement à un frottement mécanique pour induire une orientation préférentielle des molécules de cristal liquide. Cette orientation préférentielle est souvent appelée "axe facile" (ou "easy axe" en terminologie anglo-saxonne) des molécules de cristal liquide. Les molécules de cristal liquide s'alignent donc parallèlement à l'axe facile. Outre l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide, le frottement mécanique des couches d'alignement permet également habituellement de contrôler l'orientation polaire, autrement dit l'angle de tilt, de ces molécules. Ainsi, grâce au frottement mécanique de certaines couches d'alignement, on peut obtenir un alignement univoque des molécules de cristal liquide à la surface de ces couches. Des angles de tilt reproductibles allant jusqu'à 20° sont couramment obtenus. Le procédé classique de frottement des couches d'alignement présente cependant certains inconvénients. Il peut être la cause de la pollution desdites couches d'alignement par des corps étrangers et provoquer l'apparition de charges électrostatiques pendant la fabrication, facteurs qui nuisent au bon fonctionnement des cellules à cristaux liquides résultantes et qui conduisent à des taux de rebut non négligeables. On a tenté, par le passé, d'induire un alignement tilté des molécules de cristal liquide au moyen d'une surface d'alignement hétérogène, c'est-à-dire une surface d'alignement obtenue en créant des îlots homéotropes dans une surface à ancrage planaire. Les dimensions de ces îlots et la distance qui les séparait devaient être nettement plus petites que l'épaisseur de la couche de cristal liquide afin d'induire un alignement macroscopique uniforme. Pour une forme sensiblement circulaire des îlots et une distribution aléatoire de ces îlots sur la surface de la couche d'alignement, on a observé un alignement conique des molécules de cristal liquide. Autrement dit, l'angle polaire que faisaient les molécules de cristal liquide par rapport à la normale au plan d'alignement était fixe, tandis que l'angle azimutal que faisait la projection du directeur des molécules de cristal liquide dans le plan d'alignement était libre. En imposant une anisotropie moyenne de forme aux îlots (ellipse) de même qu'une orientation préférentielle de ces ellipses, on a abouti à un alignement tilté bidirectionnel des molécules de cristal liquide, c'est-à-dire que les molécules s'orientaient parallèlement à cette orientation préférentielle avec un angle de tilt ou angle polaire positif ou négatif. Des résultats similaires ont été obtenus avec une couche d'alignement formée d'une succession de bandes induisant alternativement un ancrage planaire ou un ancrage homéotrope. Toutefois, l'intérêt d'un alignement conique ou bidirectionnel des molécules de cristal liquide dans des afficheurs est très limité. La présente invention a pour but de procurer une cellule d'affichage à cristaux liquides comprenant une couche d'alignement hétérogène des molécules de cristal liquide permettant d'obvier les inconvénients susmentionnés des couches d'alignement de l'art antérieur. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un premier substrat avant et un second substrat arrière séparés par un espace délimitant un volume pour le confinement d'une couche de molécules de cristal liquide, ces substrats comportant sur leurs faces intérieures en regard un premier et un second groupe d'électrodes respectivement, l'application d'une tension de commande appropriée à des électrodes sélectionnées permettant de modifier localement les propriétés optiques du cristal liquide, ce dispositif d'affichage comprenant en outre une couche d'alignement hétérogène ménagée sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats, cette couche d'alignement comprenant un film qui induit soit un alignement planaire, soit un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide et sur lequel est structuré un réseau périodique de motifs élémentaires qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide si le film induit un alignement planaire de ces molécules ou un alignement planaire si le film induit un alignement homéotrope, ledit dispositif d'affichage étant caractérisé en ce que : - le pas avec lequel se répètent les motifs élémentaires selon une première direction est supérieur ou égal au pas avec lequel ces mêmes motifs élémentaires se répètent selon une seconde direction non parallèle à la première direction; - le pas avec lequel se répètent les motifs élémentaires selon la première direction rectiligne est inférieur à l'espace séparant les deux substrats; - la surface des motifs élémentaires va en diminuant selon une troisième direction qui peut se confondre avec l'une des première ou seconde directions. Grâce à ces caractéristiques, la présente invention procure un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant une couche d'alignement hétérogène ménagée sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats et permettant de contrôler simultanément l'orientation polaire et l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide. L'alignement des molécules de cristal liquide ainsi obtenu est un alignement univoque ou unidirectionnel, ce qui signifie que l'orientation polaire et l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide sont les mêmes dans tout le volume de la cellule. Un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'invention présente un aspect optique homogène, dépourvu de domaines orientés différemment qui constituent habituellement autant de défauts d'affichage visibles à l'œil nu entre polariseurs croisés. Grâce à la possibilité qu'elle offre de contrôler l'angle de tilt des molécules de cristal liquide, la présente invention permet de réaliser des cellules d'affichage bistables dans lesquelles les molécules de cristal liquide peuvent être commutées entre deux positions déterminées. L'invention peut également s'appliquer à la réalisation de cellules hybrides ou de cellules "Super Twist Nematic" (STN) à angle de tilt et de twist élevés qui ont comme avantage de présenter une vitesse de commutation élevée et de pouvoir être plus facilement multiplexées. Dans le cas de cellules à alignement homéotrope tilté, on peut utiliser des cristaux liquides à anisotropie diélectrique négative. Les cellules résultantes présentent une vitesse de commutation élevée, un bon angle de vue de même qu'un excellent contraste. L'angle de tilt des molécules de cristal liquide dépend du rapport entre les surfaces des domaines qui induisent un alignement planaire et des domaines qui induisent un alignement homéotrope. Dans le cas de l'égalité entre les surfaces de ces deux types de domaines, on observe un angle de tilt sensiblement égal à 45°. Quant à l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide, elle est contrôlée par l'orientation et la géométrie des domaines. Il semble en outre que l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide soit influencée par la présence des lignes de jonction entre les domaines à énergies potentielles de surface différentes. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant les étapes consistant à : - se munir d'un premier substrat avant et d'un deuxième substrat arrière séparés par un espace délimitant un volume de confinement dans lequel on introduit une couche de cristal liquide; - structurer sur les faces intérieures en regard des premier et second substrats un premier et un second groupes d'électrodes respectivement; - déposer sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats une couche d'alignement hétérogène comprenant un film qui induit soit un alignement planaire, soit un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide, et - structurer sur le film un réseau périodique de motifs élémentaires qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide si le film induit un alignement planaire de ces molécules ou un alignement planaire si le film induit un alignement homéotrope, le procédé de fabrication comprenant en outre les étapes consistant à : - structurer les motifs élémentaires selon une première direction avec un pas supérieur ou égal au pas avec lequel ces mêmes motifs élémentaires sont répétés selon une seconde direction non parallèle à la première direction; - structurer les motifs élémentaires selon la première direction avec un pas inférieur à l'espace séparant les deux substrats, et - structurer les motifs élémentaires de façon que leur surface va en diminuant selon une troisième direction qui peut se confondre avec l'une des première ou seconde directions. Selon une première variante de mise en oeuvre du procédé, on ajuste l'orientation polaire des molécules de cristal liquide en modulant la densité de couverture, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de matériau induisant un alignement homéotrope déposée et la quantité maximale de matériau induisant un alignement homéotrope qu'il est possible de déposer par unité de surface. Selon une seconde variante de mise en œuvre du procédé, on ajuste l'orientation polaire des molécules de cristal liquide en modulant le rapport de surface entre les domaines qui induisent un alignement homéotrope et les domaines qui induisent un alignement planaire. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, la structuration de la couche d'alignement hétérogène comprend les étapes consistant à : - se munir d'un tampon présentant une structure en relief dont l'image correspond à celle du réseau recherché; - déposer successivement sur le substrat une couche d'un matériau induisant un alignement planaire des molécules de cristal liquide, puis une couche d'un matériau dans laquelle l'image de la structure en relief peut être transférée; - empreindre la couche de matériau thermoplastique au moyen du tampon pour transférer l'image de la structure en relief dans ladite couche de matériau; - démouler le tampon de sorte que la couche de matériau présente une succession de tranchées; - éliminer par attaque ionique le reliquat de matériau thermoplastique qui subsiste dans le fond des tranchées; - déposer en phase gazeuse ou à partir d'une solution une couche de matériau induisant un alignement homéotrope, et - éliminer par arrachement ou par dissolution le matériau thermoplastique résiduel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement en liaison avec le dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une représentation schématique d'une molécule de cristal liquide sur laquelle sont représentés les orientations polaire et azimutale ainsi que l'angle de tilt de la molécule; - la figure 2 est une représentation schématique en coupe d'une cellule d'affichage à cristaux liquides selon l'invention; - la figure 3 est une vue en plan d'une couche d'alignement hétérogène comprenant des premières et des secondes zones qui alternent périodiquement et qui induisent respectivement un alignement planaire et un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide; - les figures 4A à 4E sont des vues schématiques illustrant les différentes étapes du procédé de fabrication de la couche d'alignement hétérogène représentée à la figure 3; - la figure 5 est une courbe représentant la variation de l'orientation polaire ou angle de tilt des molécules de cristal liquide en fonction de la densité de couverture du matériau induisant un alignement homéotrope; - les figures 6A et 6B sont des vues en perspective d'un domaine élémentaire induisant un alignement planaire des molécules de cristal liquide et présentant des zones en relief; - la figure 7 est un graphe qui montre les variations des gradients des largeurs des domaines de la figure 3 en fonction de x; - la figure 8A est une vue partielle en plan d'une couche d'alignement hétérogène comprenant des domaines qui induisent respectivement des alignements planaire et homéotrope des molécules de cristal liquide et qui se répètent périodiquement avec un même pas selon les directions x, y; - la figure 8B est un graphe qui montre les variations des gradients des largeurs des domaines de la figure 8A en fonction de z; - la figure 9A est une vue partielle en plan d'une couche d'alignement hétérogène selon l'invention comprenant encore une autre forme de domaines, et - la figure 9B est un graphe qui montre les variations des gradients des largeurs des domaines de la figure 9A en fonction de x. La présente invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à munir l'une au moins des faces en regard de deux substrats d'une cellule d'affichage à cristal liquide d'une couche d'alignement dite hétérogène, c'est-à-dire formée d'une alternance périodique de premiers et de seconds domaines qui induisent respectivement un alignement planaire et un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide. De cette façon, l'alignement de ces molécules est univoque dans le volume de la cellule, c'est-à-dire que l'orientation polaire et l'orientation azimutale sont sensiblement les mêmes pour toutes lesdites molécules de cristal liquide. Ce résultat est atteint à la double condition que les domaines se répètent avec une périodicité selon une première direction qui soit supérieure ou égale à la périodicité avec laquelle ces mêmes domaines se répètent selon une seconde direction différente de la première direction et que les domaines présentent un gradient de surface selon une troisième direction qui peut se confondre avec l'une ou l'autre des première et seconde directions. La figure 1 est une représentation schématique d'une molécule de cristal liquide 1 qui se présente sous une forme généralement cylindrique et dont la position dans l'espace est déterminée relativement à un repère orthogonal à trois dimensions x, y, z. La molécule de cristal liquide 1 forme avec l'axe z un angle θ appelé orientation polaire dont le complément est appelé angle de tilt α de ladite molécule 1, tandis que la projection de la molécule 1 dans le plan x, y forme avec l'axe x un angle Φ appelé orientation azimutale de cette molécule. La figure 2 est une vue en coupe d'une partie d'une cellule d'affichage à cristal liquide selon l'invention. Désignée dans son ensemble par la référence numérique générale 2, cette cellule comprend un premier substrat avant 4 et un second substrat arrière 6 séparés par un intervalle 8 délimitant un volume pour le confinement d'une couche 10 de cristaux liquides. Les substrats 4 et 6 comportent sur leurs faces en regard un premier et un second groupes d'électrodes, respectivement 12 et 14, agencés de façon que l'application d'une tension de commande appropriée à des électrodes sélectionnées permette de modifier localement les propriétés optiques du cristal liquide. La cellule d'affichage 2 selon l'invention comprend en outre une couche d'alignement hétérogène 16 ménagée sur la face intérieure de l'un au moins des substrats 4 et 6 et décrite en détail ci-dessous. La cellule d'affichage 2 comprend encore d'autres éléments nécessaires à son fonctionnement tels que, notamment, des polariseurs, des films retardateurs, des réflecteurs et autres mais qui ne seront pas décrits ici dans la mesure où ils ne jouent aucun rôle dans le cadre de la présente invention et qu'ils sont bien connus de l'homme du métier. Comme on peut le voir à l'examen de la figure 3, la couche d'alignement 16 est une couche d'alignement du type hétérogène comprenant une pluralité de premiers et de seconds domaines 18 et 20 qui alternent périodiquement et qui induisent, respectivement, un alignement planaire et un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide. On rappellera à toutes fins utiles que les molécules de cristal liquide sont disposées selon un alignement planaire lorsqu'elles s'étendent sensiblement parallèlement aux substrats d'une cellule, et que leur agencement est dit homéotrope lorsque les molécules s'étendent sensiblement perpendiculairement au plan des substrats de la cellule. Dans l'exemple représenté au dessin, les domaines 20 qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide ont tous les mêmes formes et dimensions, en l'espèce des triangles isocèles, et se répètent avec un pas Pi selon une première direction rectiligne x qui est supérieur au pas P2 avec lequel ces mêmes domaines 20 se répètent selon une seconde direction rectiligne y perpendiculaire à la direction x. Dans le cas présent, le pas P-) est égal à 286 nm, tandis que le pas P2 est de l'ordre de 190 nm. Pour un bon fonctionnement du dispositif d'affichage 2 selon l'invention, le pas Pi avec lequel se répètent les motifs élémentaires 20 qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide doit être sensiblement inférieur à l'espace 8 séparant les deux substrats 4 et 6 de la cellule 2 dont les valeurs couramment observées sont comprises entre 4 et 9 μm. C'est pourquoi la valeur maximale préférée du pas Pi sera inférieure à 1 μm et, préférentiellement encore, inférieure à 0,5 μm. Comme on peut encore le constater à l'examen de la figure 3, la surface des domaines 20 va en diminuant selon la direction x, ceci afin de fixer l'orientation azimutale des molécules de cristal liquide. En se référant à la figure 3, on appelle L-) la largeur des domaines 18 et L2 la largeur des domaines 20. Le sens de variation ou gradient δLi/δx de la largeur L1 en fonction de x est constant et positif comme représenté à la figure 7. Inversement, le gradient δL2 δx de la largeur L2 est constant et négatif, ce qui se comprend facilement dans la mesure où les domaines 20 sont les compléments des domaines 18. Quant à l'orientation polaire ou angle de tilt des molécules de cristal liquide, elle est fixée par le rapport des surfaces des domaines 18 et 20 comme il sera décrit plus en détail ci-dessous. On comprendra bien entendu que l'exemple de couche d'alignement hétérogène illustré en liaison avec la figure 3 est donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement. En particulier, il n'est pas nécessaire que les domaines 20 soient disposés à la suite les uns des autres selon un agencement matriciel. Il se pourrait aussi bien que les domaines 20 soient disposés en quinconce. De même, les domaines 20 peuvent être ordonnés périodiquement selon deux directions non nécessairement orthogonales. On examine maintenant en liaison avec les figures 4A à 4E les différentes étapes du procédé de fabrication de la couche d'alignement hétérogène 16 illustrée à la figure 3. La figure 4A illustre l'étape d'estampage à chaud. Le substrat 6, par exemple en verre, est recouvert d'une mince couche électriquement conductrice, par exemple en oxyde d'indium-étain (ITO) aux endroits où se trouvent les électrodes 14. Toute la surface du substrat 6 est ensuite recouverte d'un film 22 d'un matériau induisant un alignement planaire des molécules de cristal liquide tel que l'oxyde de silicium, le Zrθ2, IΑI2O3, le CaF2, un polyimide, un polyamide-imide, un polyphénylène ou un polyamide. L'épaisseur du film 22 est typiquement comprise entre 10 et 100 nm. Le film 22 devra être aussi mince que possible aux endroits où il recouvre le film d'ITO afin de ne pas provoquer une diminution du champ électrique servant à la commande des molécules de cristal liquide au point de croisement de deux électrodes données. Le film 22 est ensuite recouvert d'une couche 24 d'un matériau thermoplastique tel que du PMMA (polyméthyl methacrylate) dont le poids moléculaire est de 25 kg/mole. A la place du PMMA, on peut avoir recours à d'autres matériaux thermoplastiques utilisés dans le domaine de l'estampage à chaud tels que les polyacrylates, les polycarbonates, les polyamides ou autres. On se munit ensuite d'un tampon 26 présentant une structure en relief 28 dont l'image correspond à l'agencement des domaines 18 et 20 recherché. Le tampon 26 est obtenu par réplication d'un masque maître réalisé par écriture au moyen d'un faisceau d'électrons (résolution de l'ordre de 10 nm) ou par interférence laser (résolution à partir de 250 nm selon la longueur d'onde du faisceau laser utilisé). Le tampon 26 est appliqué à chaud et sous pression contre la couche 24 de matériau thermoplastique de manière à transférer l'image de la structure en relief dans ladite couche de matériau 24. La figure 4B représente l'étape de démoulage du tampon 26 de sorte que la couche de matériau thermoplastique 24 présente une succession de tranchées 30 délimitées par des buttes 32. A la figure 4C, on procède à l'élimination par attaque ionique du reliquat de matériau thermoplastique subsistant dans le fond des tranchées 30 de façon à mettre à jour le film 22 sous-jacent de matériau induisant un alignement planaire. L'attaque peut se faire de façon à créer des structures symétriques ou asymétriques. A la figure 4D, on procède au dépôt en phase vapeur d'une couche 34 de matériau induisant un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide. Le matériau choisi est un silane fluoré ((tridecafluoro-1 ,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane). Le film 22 de matériau induisant un alignement planaire sert de couche d'accrochage au silane fluoré. L'épaisseur de la couche 34 de silane fluoré est de l'ordre de 1 à 3 nm, ce qui correspond sensiblement à la longueur moyenne des molécules de silane. A la place du silane fluoré donné comme exemple, d'autres matériaux connus de l'homme du métier tels que les silanes à longue chaîne d'alkyl fluorée ou non, les silanes ayant différentes fonctionnalités (mono, bi ou trifonctionnels) ou des mélanges de ces deux types de matériaux peuvent également être utilisés. On peut également citer les acides, les alcools, les aminés, les amides, les complexes métalliques et les surfactants ayant au moins une longue chaîne alkyl fluorée ou non et capables d'orienter la longue chaîne des molécules de cristal liquides lorsqu'ils sont fixés sur la surface. Ces derniers matériaux peuvent être utilisés seuls ou en combinaison. Enfin, à la figure 4 E, on procède à l'élimination par arrachement (opération mieux connue sous sa dénomination anglo-saxonne "lift-off") ou par dissolution de la couche 24 de matériau thermoplastique résiduelle. On obtient ainsi une succession de domaines qui induisent alternativement un alignement planaire et un alignement homéotrope des molécules de cristal liquides. La structuration appropriée de la couche d'alignement hétérogène peut être réalisée selon d'autres procédés. A titre d'exemple, un procédé mis en œuvre à température ambiante ou à relativement basse température et à une pression de l'ordre de un bar consiste à déposer sur le film 22 un produit photopolymérisable ou thermodurcissable à l'état plus ou moins liquide sur lequel le tampon est appliqué pour transférer l'image désirée. On effectue la polymérisation au moyen d'un rayonnement actinique adéquat tel que la lumière visible, les rayons ultraviolets, les rayons X, un faisceau d'électrons ou par simple chauffage durant l'application du tampon. Les structures sont ainsi transférées dans le film 22, le reste du procédé étant similaire à celui décrit précédemment. Comme matériau photopolymérisable, on peut utiliser des acrylates, des méthacrylates, des vinyles, des thioénols, des esters non saturés et d'autres produits encore connus de l'homme du métier. Comme matériau thermodurcissable, on peut utiliser les époxydes, les polyuréthanes ou d'autres matériaux thermodurcissables connus de l'homme du métier. Comme tampon, on peut utiliser une copie du master réalisée soit en un matériau métallique tel que le nickel (la copie est mieux connue sous sa dénomination anglo-saxonne "nickel shim"), soit en un matériau non métallique tel que les polymères thermodurcissables, les thermoplastiques ou des élastomères. L'orientation polaire ou angle de tilt des molécules de cristal liquide est influencée par le rapport entre la surface des domaines qui induisent un alignement planaire et la surface des domaines qui induisent un alignement homéotrope. L'angle de tilt est également influencé par la densité de couverture du matériau induisant un alignement homéotrope, autrement dit par le rapport entre la quantité de matériau induisant un alignement homéotrope déposée et la quantité maximum de ce matériau qu'il est possible de déposer par unité de surface. On a représenté à la figure 5 les variations en degrés de l'angle de tilt en fonction de la valeur en pourcentage de la densité de couverture du matériau induisant un alignement homéotrope (silane fluoré). La courbe illustrée à la figure 5 a été établie pour un rapport de surface entre les domaines qui induisent un alignement planaire et ceux qui induisent un alignement homéotrope égal à 1. Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées. En particulier, il peut être envisagé que les domaines qui induisent un alignement planaire des molécules de cristal liquide présentent des zones en relief ayant une topographie déterminée comme illustré aux figures 6A et 6B. Un tel réseau, mieux connu sous sa dénomination anglo-saxonne de "grating", peut être symétrique (figure 6A) ou asymétrique (figure 6B). Dans le cas d'un réseau symétrique, le profil périodique 36 de la structure en relief 38 présente une symétrie longitudinale selon l'axe l-l entre le passage par deux maxima ou deux minima successifs. Un réseau asymétrique est, quant à lui, un réseau périodique 40 dépourvu d'axe de symétrie. Dans les exemples illustrés aux figures 6A et 6B, le profil périodique 36, 40 des structures en relief 38, 42 s'étend selon une seule direction. On peut aussi envisager de combiner deux réseaux de ce type dont les profils s'étendent selon deux directions non parallèles, par exemple espacées de 90° l'une de l'autre. On parlera alors de réseau double ou de "bi-grating" en terminologie anglo-saxonne. Bien entendu, il est possible de combiner un réseau symétrique et un réseau asymétrique. La figure 8A est une vue partielle en plan d'une couche d'alignement hétérogène comprenant des domaines 18' et 20' qui induisent respectivement un alignement planaire et un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide. Dans ce cas, le pas P'i avec lequel les motifs 20' se répètent selon la direction x est égal au pas P'2 avec lequel ces mêmes motifs 20' se répètent selon la direction y perpendiculaire à la direction x. D'autre part, la surface desdits motifs 20' va en décroissant avec une périodicité P3 selon une troisième direction z qui forme un angle de 45° avec la direction x. On appelle L'1 la largeur des domaines 18' et L'2 la largeur des domaines 20'. Le gradient δL'-j/δz de la largeur L'i en fonction de z est constant et positif comme représenté à la figure 8B. Inversement, le gradient δL'2/δz de la largeur L'2 est constant et négatif, ce qui se comprend facilement dans la mesure où les domaines 20' sont les compléments des domaines 18'. La figure 9A est une vue partielle en plan d'une couche d'alignement hétérogène selon l'invention comprenant encore une autre forme de domaines. On voit à l'examen de cette figure que la surface des domaines 20" qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide va généralement en croissant selon la direction x mais qu'elle présente une succession de maxima et de minima, chaque maximum (respectivement minimum) étant plus proche de l'axe x que le maximum (respectivement le minimum) précédent. En appelant respectivement L"ι et L' 2 la largeur des domaines 18" et 20", les variations des gradients δL'Vδx et δU'2/δx sont telles que représentées à la figure 9B. Les gradients moyens sont respectivement positif et négatif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant un premier substrat avant (4) et un second substrat arrière (6) séparés par un espace (8) délimitant un volume pour le confinement d'une couche de molécules de cristal liquide (10), ces substrats (4, 6) comportant sur leurs faces intérieures en regard un premier et un second groupe d'électrodes (12, 14) respectivement, l'application d'une tension de commande appropriée à des électrodes sélectionnées permettant de modifier localement les propriétés optiques du cristal liquide, ce dispositif d'affichage (2) comprenant en outre une couche d'alignement hétérogène (16) ménagée sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats (4, 6), cette couche d'alignement (16) comprenant un film (22) qui induit soit un alignement planaire, soit un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide et sur lequel est structuré un réseau périodique de motifs élémentaires (20) qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide si le film (22) induit un alignement planaire de ces molécules ou un alignement planaire si le film (22) induit un alignement homéotrope, ledit dispositif d'affichage (2) étant caractérisé en ce que : - le pas (P-i) avec lequel se répètent les motifs élémentaires (20) selon une première direction (x) est supérieur ou égal au pas (P2) avec lequel ces mêmes motifs élémentaires (20) se répètent selon une seconde direction (y) non parallèle à la première direction (x); - le pas (P-|) avec lequel se répètent les motifs élémentaires (20) selon la première direction (x) est inférieur à l'espace (8) séparant les deux substrats (4, 6), et en ce que : - la surface des motifs élémentaires (20) va en diminuant selon une troisième direction qui peut se confondre avec l'une des première ou seconde directions (x, y).
2. Dispositif d'affichage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la largeur des motifs élémentaires (20) selon une direction donnée présente un gradient de variation constant.
3. Dispositif d'affichage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la largeur des motifs élémentaires (20) selon une direction donnée présente un gradient variable.
4. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les motifs élémentaires qui induisent un alignement planaire des molécules de cristal liquide présentent des zones en relief ayant une topographie déterminée.
5. Dispositif d'affichage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les zones en relief sont formées d'au moins un réseau périodique symétrique ou asymétrique, ou d'une combinaison de deux réseaux de même type ou de types différents qui s'étendent selon deux directions non parallèles.
6. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les motifs élémentaires (20) sont disposés selon un agencement matriciel ou en quinconce.
7. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le film (22) est réalisé en un matériau appartenant au groupe formé par le dioxyde de silicium, le Zrθ2, IΑI2O3, le CaF2, les polyimides, les polyamides-imides, les polyphénylènes et les polyamides et en ce que les motifs élémentaires (20) sont réalisés en un matériau ou une combinaison de matériaux appartenant au groupe formé par le silane fluoré, les silanes à longue chaîne d'alkyl fluorée ou non, les silanes mono, bi ou trifonctionnels ou en un matériau ou une combinaison de matériaux appartenant au groupe formé par les acides, les alcools, les aminés, les amides, les complexes métalliques et les surfactants ayant au moins une longue chaîne alkyl fluorée ou non, et en ce que le matériau thermoplastique appartient au groupe formé par le polyméthyl methacrylate, les polyacrylates, les polycarbonates et les polyamides.
8. Dispositif d'affichage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le silane fluoré est un (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane.
9. Dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la valeur maximale préférée du pas (P-i) est inférieure à 1 μm et, préférentiellement encore, inférieure à 0,5 μm.
10. Procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides (2) comprenant les étapes consistant à : - se munir d'un premier substrat avant (4) et d'un deuxième substrat arrière (6) séparés par un espace (8) délimitant un volume de confinement dans lequel on introduit une couche de cristal liquide (10); - structurer sur les faces intérieures en regard des premier et second substrats
(4, 6) un premier et un second groupes d'électrodes (12, 14) respectivement; - déposer sur la face intérieure de l'un au moins des deux substrats (12, 14) une couche d'alignement hétérogène (16) comprenant un film (22) qui induit soit un alignement planaire, soit un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide, et - structurer sur le film (22) un réseau périodique de motifs élémentaires (20) qui induisent un alignement homéotrope des molécules de cristal liquide si le film (22) induit un alignement planaire de ces molécules ou un alignement planaire si le film (22) induit un alignement homéotrope, le procédé de fabrication comprenant en outre les étapes consistant à : - structurer les motifs élémentaires (20) selon une première direction (x) avec un pas (P-i) supérieur ou égal au pas (P2) avec lequel ces mêmes motifs élémentaires
(20) sont répétés selon une seconde direction (y) non parallèle à la première direction
(x); - structurer les motifs élémentaires (20) selon la première direction (x) avec un pas (P-i) inférieur à l'espace (10) séparant les deux substrats (4, 6), et - structurer les motifs élémentaires (20) de façon que leur surface va en diminuant selon une troisième direction qui peut se confondre avec l'une des première ou seconde directions (x, y).
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on ajuste l'orientation polaire (θ) des molécules de cristal liquide (1) en modulant la densité de couverture, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de matériau induisant un alignement homéotrope déposée et la quantité maximale de matériau induisant un alignement homéotrope qu'il est possible de déposer par unité de surface.
12. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 ou
11 , caractérisé en ce qu'on ajuste l'orientation polaire (θ) des molécules de cristal liquide (1 ) en modulant le rapport de surface entre les domaines (20) qui induisent un alignement homéotrope et les domaines (18) qui induisent un alignement planaire.
13. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 à
12, caractérisé en ce que la structuration de la couche d'alignement hétérogène (16) comprend les étapes consistant à : - se munir d'un tampon (26) présentant une structure en relief (28) dont l'image correspond à celle du réseau recherché (16); - déposer successivement sur le substrat (4, 6) un film (22) d'un matériau induisant un alignement planaire des molécules de cristal liquide (1), puis une couche (24) d'un matériau dans laquelle l'image de la structure en relief (28) peut être transférée; - empreindre la couche de matériau (24) au moyen du tampon (28) pour transférer l'image de la structure en relief (28) dans ladite couche de matériau (24); - démouler le tampon (26) de sorte que la couche de matériau (24) présente une succession de tranchées (30); - éliminer par attaque ionique le reliquat de matériau thermoplastique qui subsiste dans le fond des tranchées (30); - déposer en phase gazeuse ou à partir d'une solution une couche (34) de matériau induisant un alignement homéotrope, et - éliminer par arrachement ou par dissolution le matériau thermoplastique résiduel.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau (24) est un matériau thermoplastique qui est empreint à chaud et sous pression au moyen du tampon (26).
15. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau (24) est un produit photopolymérisable ou thermodurcissable qui est empreint à basse température et faible pression au moyen du tampon (26), puis qui est polymérisé au moyen d'un rayonnement actinique ou par chauffage durant l'application du tampon.
16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que le matériau induisant un alignement planaire appartient au groupe formé par le dioxyde de silicium, le Zrθ2, IΑI2O3, le CaF2, les polyimides, les polyamides-imides, les polyphénylènes et les polyamides, en ce que le matériau induisant un alignement homéotrope est un élément ou une combinaison d'éléments appartenant au groupe formé par le silane fluoré, les silanes à longue chaîne d'alkyl fluorée ou non, les silanes mono, bi ou trifonctionnels ou un élément ou une combinaison d'éléments appartenant au groupe formé par les acides, les alcools, les aminés, les amides, les complexes métalliques et les surfactants ayant au moins une longue chaîne alkyl fluorée ou non, et en ce que le matériau thermoplastique appartient au groupe formé par le polyméthyl methacrylate, les polyacrylates, les polycarbonates et les polyamides.
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