FR2624985A1 - LIQUID CRYSTAL OPTICAL DEVICES WITH A SURFACE ORDER CONTROLLED GRADIENT - Google Patents

LIQUID CRYSTAL OPTICAL DEVICES WITH A SURFACE ORDER CONTROLLED GRADIENT Download PDF

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Abstract

The present invention concerns the field of liquid crystal devices. According to the invention, a roughness of the order of magnitude of the liquid crystal molecules is defined on at least one of the plates. This roughness results in an order gradient which induces an ordoelectric polarization associated with a depolarizing field which acts on the liquid crystal molecules according to an orientation oblique with respect to the plate. By controlling the thickness and preferential direction of roughness, the oblique orientation psi and the azimuthal orientation phi of the molecules can also be controlled in a continuous range of variation. The invention also makes it possible to obtain nonpolar interfaces for ferroelectric smectic C* displays.

Description

La présente invention concerne les dispositifs optiques utilisant des cristaux liquides. The present invention relates to optical devices using liquid crystals.

La présente invention a été faite au Laboratoire de
Physique des Solides de l'Université de Paris Sud, laboratoire associé au
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE numéro 04 0002.
The present invention was made in the Laboratory of
Solid State Physics of the University of Paris Sud, laboratory associated with
NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH number 04 0002.

De nombreux travaux de recherche ont été conduits depuis au moins une quinzaine d'années sur les cristaux liquides.-
Différents résultats des travaux de recherche effectués au
Laboratoire de Physique des Solides de l'Université de Paris Sud sont décrits dans la demande de brevet français déposée le 28 avril 1982 sous le numéro 82 07309 et publiée sous le numéro 2 526 177, la demande de brevet français déposée le 23 octobre 1984 sous le numéro 84 16192 et publiée sous le numéro 2 572 210, la demande de brevet français déposée le 18 juin 1985 sous le numéro 85 09224 et publiée sous le numéro 2 587 506, ou encore la demande de brevet français déposée le 14 mai 1986 sous le numéro 86 06916 et publiée sous le numéro 2 598 827.
Numerous research studies have been carried out for at least fifteen years on liquid crystals.
Different results of research carried out at
Laboratory of Solid State Physics of the University of Paris Sud are described in the French patent application filed on April 28, 1982 under number 82 07309 and published under number 2 526 177, the French patent application filed on October 23, 1984 under the number 84 16192 and published under the number 2 572 210, the French patent application filed on June 18, 1985 under the number 85 09224 and published under the number 2 587 506, or the French patent application filed on May 14, 1986 under number 86 06916 and published under number 2 598 827.

Par ailleurs, les travaux relatifs aux cristaux liquides ont donné lieu à de nombreuses publications. In addition, work on liquid crystals has given rise to numerous publications.

On citera par exemple les documents : I) Applied Physics
Letters volume 25, N. 9, novembre 1974, Urbach et AI : "Alignment of nematics and smectics on evaporated films", pages 479 à 481, 2) Letters in Applied and Engineering Sciences, volume 1, 1973, pages 19-24, Guyon et Al : 'tOn different boundary conditions of nematic films deposited on obliquely evaporated plates", et 3) Physical Review Letters,. volume 56,
N. 19, Mai 1986, Durand et aI : "Order electricity and surface orientation in nematic liquid crystal, pages 2056 à 2059".
We will cite for example the documents: I) Applied Physics
Letters volume 25, N. 9, November 1974, Urbach and AI: "Alignment of nematics and smectics on evaporated films", pages 479 to 481, 2) Letters in Applied and Engineering Sciences, volume 1, 1973, pages 19-24, Guyon et Al: 'tOn different boundary conditions of nematic films deposited on obliquely evaporated plates ", and 3) Physical Review Letters ,. volume 56,
N. 19, May 1986, Durand et aI: "Order electricity and surface orientation in nematic liquid crystal, pages 2056 to 2059".

Le document 1) Applied Physics Letters, volume 25, N. 9, novembre 1974, rapporte des essais expérimentaux opérés sur un dispositif à cristaux liquides comprenant une plaque sur laquelle un dépôt d'or ou de SiO, d'une épaisseur de d'ordre de 50 à 1000 A, a été précédemment effectué par évaporation sous incidence oblique. Selon les résultats consignés dans ce document, on peut obtenir soit une orientation planaire du cristal liquide, c'est-à-dire des molécules de cristal liquide orientées parallèlement aux plaques du dispositif, soit une orientation oblique du cristal liquide, c'est-à-dire des molécules de cristal liquide inclinées par rapport aux plaques. Selon ce document I) page 480, lignes 43 à 46, I'inclinaison oblique des molécules par rapport aux plaques est pratiquement indépendante de l'épaisseur du revêtement déposé par évaporation. Document 1) Applied Physics Letters, volume 25, N. 9, November 1974, reports experimental tests carried out on a liquid crystal device comprising a plate on which a deposit of gold or SiO, with a thickness of d ' order of 50 to 1000 A, was previously carried out by evaporation under oblique incidence. According to the results recorded in this document, it is possible to obtain either a planar orientation of the liquid crystal, that is to say molecules of liquid crystal oriented parallel to the plates of the device, or an oblique orientation of the liquid crystal, that is to say ie liquid crystal molecules tilted relative to the plates. According to this document I) page 480, lines 43 to 46, the oblique inclination of the molecules relative to the plates is practically independent of the thickness of the coating deposited by evaporation.

Le document 2) Letters in Applied and Engineering
Sciences, volume 1, pages'19-24, 1973, propose une modélisation des résultats consignés dans le document 1) Cette modélisation concerne le cas théorique d'un dépôt par évaporation présentant une épaisseur de 100 à 6000 .
Document 2) Letters in Applied and Engineering
Sciences, volume 1, pages' 19-24, 1973, proposes a modeling of the results recorded in the document 1) This modeling concerns the theoretical case of a deposit by evaporation having a thickness of 100 to 6000.

Le document 3) Physical Review Letters, volume 56, N. 19,
Mai 1986, relate une analyse théorique concernant l'influence de la perturbation de l'ordre nématique, au niveau d'une interface nématique/ liquide isotrope. I1 ressort de cette analyse que la perturbation d'ordre à l'interface s'accompagne d'une énergie qui force les molécules à un angle dit "angle magique" défini par cos2 e = 1/3.
Document 3) Physical Review Letters, volume 56, N. 19,
May 1986, relates a theoretical analysis concerning the influence of the disturbance of the nematic order, at the level of a nematic / isotropic liquid interface. I1 emerges from this analysis that the order disturbance at the interface is accompanied by an energy which forces the molecules at an angle called "magic angle" defined by cos2 e = 1/3.

La présente invention a maintenant pour but de proposer de nouveaux moyens permettant de définir, de façon simple, fiable et économique, une inclinaison oblique des molécules de cristaux liquides par rapport à une plaque du dispositif. The present invention now aims to provide new means for defining, simply, reliably and economically, an oblique inclination of the liquid crystal molecules relative to a plate of the device.

La présente invention, qui repose sur de nombreuses études théoriques et constatations expérimentales propose à cet effet de définir sur une plaque du dispositif, une rugosité de l'ordre de grandeur moléculaire du cristal liquide considéré. The present invention, which is based on numerous theoretical studies and experimental observations, proposes for this purpose to define on a plate of the device, a roughness of the order of molecular size of the liquid crystal considered.

De préférence, la rugosité ainsi définie sur la plaque du dispositif sera de l'ordre de grandeur de 20 à 40 A.  Preferably, the roughness thus defined on the plate of the device will be of the order of magnitude from 20 to 40 A.

Les inventeurs ont déterminé qu'une telle rugosité entraîne un gradient de paramètre d'ordre qui induit une polarisation ordoélectrique, associée à un champ dépolarisant qui tend à forcer les molécules du cristal selon une orientation oblique par rapport à la plaque. The inventors have determined that such roughness results in an order parameter gradient which induces an ordoelectric polarization, associated with a depolarizing field which tends to force the molecules of the crystal in an oblique orientation relative to the plate.

Plus précisément encore, en prolongeant leurs recherches, les inventeurs ont déterminé que, en définissant une direction préférentielle de rugosité, par exemple en déposant sur la plaque un revêtement rugueux par évaporation selon une direction déterminée, on pouvait obtenir à la fois une orientation oblique et une orientation azimutale contrôlées du cristal liquide, par rapport aux plaques. Plus précisément encore, l'orientation oblique et l'orientation azimutale du cristal liquide évoluent continuellement, dans un plan oblique par rapport aux plaques en fonction de l'épaisseur de la rugosité et de sa direction préférentielle, c'est-à-dire dans le cas d'une évaporation en fonction de la direction d'incidence. More precisely still, by extending their research, the inventors determined that, by defining a preferential direction of roughness, for example by depositing on the plate a rough coating by evaporation in a determined direction, it was possible to obtain both an oblique orientation and a controlled azimuthal orientation of the liquid crystal, relative to the plates. More precisely still, the oblique orientation and the azimuthal orientation of the liquid crystal evolve continuously, in an oblique plane with respect to the plates as a function of the thickness of the roughness and of its preferential direction, that is to say in the case of an evaporation as a function of the direction of incidence.

Cette disposition est susceptible de donner lieu à de nombreuses applications. En effet, il suffit de contrôler l'épaisseur de rugosité et sa direction préférentielle pour imposer à la fois I'orientatio.n oblique et l'orientation azimutale du cristal liquide. This arrangement is likely to give rise to numerous applications. In fact, it suffices to control the thickness of roughness and its preferential direction to impose both the oblique orientation and the azimuthal orientation of the liquid crystal.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - les figures 1 à 4 représentent, pour quatre expériences, l'orientation azimutale tp et le relèvement oblique (8 du cristal liquide en fonction de l'angle d'évaporation et de l'épaisseur d'un dépôt opéré sur une plaque,, - la figure 5 représente géométriquement l'orientation oblique et azimutale d'une molécule de cristal liquide par rapport à la direction d'évaporation, - la figure 6 représente deux courbes illustrant l'orientation azimutale et l'orientation oblique Y en fonction d'une épaisseur de dépôt, pour un angle d'évaporation déterminé, - les figures 7, 8 et 9A, 9B illustrent schématiquement trois applications de l'invention à des dispositifsà cristaux liquides nématiques, et - la figure 10 représente des courbes illustrant l'évolution de l'orientation oblique d'un cristal liquide smectique, sur chacune des deux faces du dispositif, en fonction d'une épaisseur de SiO déposée. Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings, given by way of nonlimiting examples and in which - FIGS. 1 to 4 represent, for four experiments, the azimuthal orientation tp and the oblique bearing (8 of the liquid crystal as a function of the angle of evaporation and the thickness of a deposit made on a plate ,, - FIG. 5 represents geometrically the oblique and azimuthal orientation of a liquid crystal molecule relative to the direction of evaporation, - Figure 6 represents two curves illustrating the azimuthal orientation and the oblique orientation Y as a function of a thickness of deposit, for an angle determined evaporation, - Figures 7, 8 and 9A, 9B schematically illustrate three applications of the invention to nematic liquid crystal devices, and - Figure 10 shows curves illustrating the evolution of the orientation n oblique of a smectic liquid crystal, on each of the two faces of the device, according to a thickness of SiO deposited.

ANALYSE CENERALE
La présente invention repose sur l'analyse théorique suivante.
CENERAL ANALYSIS
The present invention is based on the following theoretical analysis.

Les cristaux liquides nématiques peuvent être considérés comme des liquides de quadrupoles électriques Q orientés pour lesquels on peut écrire
Q = -e3/2 S( - T/3) relation dans laquelle - -e représente la densité de quadrupoles (-el0 cgs), - S représente le paramètre d'ordre du cristal liquide (S est compris entre
O et 1), - n est le vecteur unitaire représentant l'orientation des molécules.
Nematic liquid crystals can be considered as liquids of oriented electric quadrupoles for which one can write
Q = -e3 / 2 S (- T / 3) relation in which - -e represents the density of quadrupoles (-el0 cgs), - S represents the order parameter of the liquid crystal (S is between
O and 1), - n is the unit vector representing the orientation of the molecules.

En présence de variations spatiales, on obtient la polarisation électrique P = -V.=Q = 3/2 eV.S( -I/3). ~~
On sait que si, travaillant à S constant, V agit sur n, on obtient l'effet flexoélectrique et la polarisation P devient proportionnelle à la courbure (V. ).
In the presence of spatial variations, we obtain the electrical polarization P = -V. = Q = 3/2 eV.S (-I / 3). ~~
We know that if, working at constant S, V acts on n, we obtain the flexoelectric effect and the polarization P becomes proportional to the curvature (V.).

Si par contre on travaille à n constant et S variable, on obtient la polarisatioon ordoélectrique
P = 3/2 eV S.[ - 1/3.
If on the other hand we work at n constant and S variable, we obtain the ordoelectric polarization
P = 3/2 eV S. [- 1/3.

Cette polarisation est en général oblique par rapport à #S.  This polarization is generally oblique with respect to #S.

A cette polarisation est associé un champ dépolarisant défini par Dz = O = 4TC Pz + e Ez ( où z' est la direction de
L'énergie associée a une densité
1/2 (E/4R) EZ2 = 1/2 (4Tt/) pZ2-
Cette énergie est minimum pour p z = O, c'est-à-dire pour une orientation oblique e par rapport à 7 définie par cos# = 1/3.
With this polarization is associated a depolarizing field defined by Dz = O = 4TC Pz + e Ez (where z 'is the direction of
The energy associated with a density
1/2 (E / 4R) EZ2 = 1/2 (4Tt /) pZ2-
This energy is minimum for pz = O, that is to say for an oblique orientation e with respect to 7 defined by cos # = 1/3.

BASE DE L'INVENTION ET PREMIERS RESULTATS D'ESSAI
Partant de l'analyse générale ci-dessus, selon laquelle un gradient du paramètre d'ordre doit conduire à une sollicitation du cristal liquide selon une orientation oblique par rapport aux plaques, les inventeurs ont proposé l'idée de contrôler le paramètre d'ordre S, en surface d'un dispositif à cristaux liquides, par dépôt sur une plaque du dispositif de petits grains dont la taille est de l'ordre de grandeur de la taille moléculaire du cristal liquide considéré, c'est-à-dire de l'ordre de 20 à 40 A.
BASIS OF THE INVENTION AND FIRST TEST RESULTS
Starting from the general analysis above, according to which a gradient of the order parameter must lead to a stress on the liquid crystal in an oblique orientation relative to the plates, the inventors proposed the idea of controlling the order parameter S, on the surface of a liquid crystal device, by deposition on a plate of the device of small grains whose size is of the order of magnitude of the molecular size of the liquid crystal considered, that is to say of l '' from 20 to 40 A.

Les expériences ont été conduites en utilisant tin cristal liquide nématique présentant une orientation parallèle à la surface de la plaque, mais dégénérée en présence d'une plaque polie, c'est-à-dire de direction variable dans un plan parallèle à la surface de la plaque. The experiments were carried out using a nematic liquid crystal having an orientation parallel to the surface of the plate, but degenerate in the presence of a polished plate, that is to say of variable direction in a plane parallel to the surface of the plaque.

Plus précisément les inventeurs ont contrôlé l'orientation du cristal liquide pour différents couples d'angle d'évaporation et d'épaisseur des grains déposés. Les inventeurs ont constaté que la réalisation d'un état de surface rugueux par évaporation selon une direction déterminée, permettait d'obtenir non seulement une orientation oblique des molécules de cristal liquide par rapport aux plaques, mais également une orientation azimutale contrôlée et variable par rapport à la direction d'évaporation. More precisely, the inventors have controlled the orientation of the liquid crystal for different pairs of evaporation angle and thickness of the deposited grains. The inventors have found that achieving a rough surface state by evaporation in a determined direction makes it possible to obtain not only an oblique orientation of the liquid crystal molecules relative to the plates, but also an azimuthal orientation which is controlled and variable with respect to to the direction of evaporation.

Les premiers résultats obtenus sont consignés sur les figures 1 à 4 et 6 annexées.  The first results obtained are recorded in Figures 1 to 4 and 6 attached.

Ces résultats sont illustrés en référence au modèle géométrique représentés sur la figure 5. These results are illustrated with reference to the geometric model represented in FIG. 5.

Ce modèle géométrique comprend un système de coordonnées à Trois axes x, y et z, orthogonaux entre eux. This geometric model includes a coordinate system with three axes x, y and z, orthogonal to each other.

Les axes x, y s'étendent parallèlement à la plaque P considérée. L'axe z s'étend perpendiculairement à cette plaque P, en direction du volume du cristal liquide. La direction d'évaporation colncide arbitrairement avec le plan défini par les axes x et z. L'incidence de la direction d'évaporation, qui correspond à l'inclinaison entre la direction d'évaporation et l'axe z est définie par l'angle d
L'orientation oblique du cristal liquide, qui correspond à l'inclinaison entre l'axe z et l'axe longitudinal des molécules de cristal liquide est illustrée par l'angle e sur la figure 5.Le complément de cet angle e est référencé tp
Enfin, I'orientation azimutale du cristal liquide, qui correspond à l'inclinaison entre l'axe x et la projection sur le plan xy de l'axe longitudinal des molécules est illustrée par l'angle référencé k4 sur la figure 5.
The axes x, y extend parallel to the plate P considered. The z axis extends perpendicular to this plate P, in the direction of the volume of the liquid crystal. The direction of evaporation arbitrarily coincides with the plane defined by the x and z axes. The incidence of the direction of evaporation, which corresponds to the inclination between the direction of evaporation and the z axis is defined by the angle d
The oblique orientation of the liquid crystal, which corresponds to the inclination between the z axis and the longitudinal axis of the liquid crystal molecules is illustrated by the angle e in FIG. 5. The complement of this angle e is referenced tp
Finally, the azimuthal orientation of the liquid crystal, which corresponds to the inclination between the x axis and the projection onto the xy plane of the longitudinal axis of the molecules is illustrated by the angle referenced k4 in FIG. 5.

On a illustré sur la figure 1 annexée l'évolution de l'orientation azimutale 9 pour du cristal liquide MBBA en fonction de l'angle d'évaporation et de l'épaisseur d'un dépôt de SiO sur du verre ordinaire. Illustrated in Figure 1 attached is the evolution of the azimuthal orientation 9 for MBBA liquid crystal as a function of the evaporation angle and the thickness of a deposit of SiO on ordinary glass.

Pour une épaisseur de dépôt inférieure à 5 , on constate que les molécules de cristal liquide sont orientées parallèlement aux plaques, mais dans des directions aléatoires. For a deposit thickness less than 5, it can be seen that the liquid crystal molecules are oriented parallel to the plates, but in random directions.

Lorsque l'épaisseur du dépôt atteint 5 , la dégénérescence est levée, c'est-à-dire que les molécules s'orientent parallèlement à elles-mêmes et perpendiculairement au plan xz définissant la direction d'évaporation. A ce stade l'orientation azimutale 9 des molécules égale 90 , et l'orientation oblique 43' = 90".  When the thickness of the deposit reaches 5, the degeneration is lifted, that is to say that the molecules orient themselves parallel to themselves and perpendicular to the plane xz defining the direction of evaporation. At this stage the azimuthal orientation 9 of the molecules equals 90, and the oblique orientation 43 '= 90 ".

Cette position initiale des molécules est illustrée schématiquement sur la figure 5 sous la référence M'. This initial position of the molecules is illustrated diagrammatically in FIG. 5 under the reference M '.

Lorsque l'épaisseur du dépôt augmente encore, on obtient en fonction de l'angle d'évaporation i une rotation azimutale progressive des molécules dans un plan oblique par rapport à la plaque P. Le cristal liquide passe alors d'un domaine pour lequel l'orientation azimutale tp égale 900 à un domaine azimutal pour lequel ) peut atteindre 00, c'est-à-dire un domaine pour lequel les molécules sont orientées sensiblement parallèlement au plan xz contenant la direction d'évaporation. La rotation azimutale s accompagne d'un relèvement des molécules ; lorsquetPpasse progressivement de 90 0 à 0", - passe de 0 à environ 20-30 .  When the thickness of the deposit increases further, a progressive azimuthal rotation of the molecules in an oblique plane with respect to the plate P is obtained as a function of the evaporation angle i. The liquid crystal then passes from a domain for which l the azimuthal orientation tp equal 900 to an azimuthal domain for which) can reach 00, that is to say a domain for which the molecules are oriented substantially parallel to the plane xz containing the direction of evaporation. The azimuthal rotation is accompanied by a raising of the molecules; when gradually goes from 90 0 to 0 ", - goes from 0 to about 20-30.

La plage hachurée sur la figure 1 correspond à la plage de valeurs de l'angle d'évaporation i et de l'épaisseur d'évaporation pour lesquelles l'orientation azimutale varie progressivement entre 90 et 0 et l'orientation oblique # varie progressivement entre 0 et environ 20-300.  The hatched range in FIG. 1 corresponds to the range of values of the angle of evaporation i and of the thickness of evaporation for which the azimuthal orientation varies progressively between 90 and 0 and the oblique orientation # varies progressively between 0 and about 20-300.

Cette variation progressive de lrorientation azimutale 9 et de l'orientation oblique 8), contrôlable en fonction de la rugosité, constitue une caractéristique essentielle de l'invention, originale par rapport à l'art antérieur selon lequel seules les bornes 9 = 90 ou O et # = O ou 20-300 étaient connues.This progressive variation of the azimuthal orientation 9 and of the oblique orientation 8), controllable as a function of the roughness, constitutes an essential characteristic of the invention, original compared to the prior art according to which only the terminals 9 = 90 or O and # = O or 20-300 were known.

Des résultats comparables sont illustrés sur la figure 2 annexée. Cette figure 2 concerne des essais réalisés dans les mêmes conditions opératoires, c'est-à-dire dépôt par évaporation de SiO sur du verre ordinaire, pour différentes valeurs d'angle d'évaporation et d'épaisseur de dépôt, mais à la différence de la figure 1, en utilisant du cristal liquide 5 CB au lieu de MBBA. Comparable results are illustrated in Figure 2 attached. This FIG. 2 relates to tests carried out under the same operating conditions, that is to say deposition by evaporation of SiO on ordinary glass, for different values of evaporation angle and thickness of deposition, but with the difference of Figure 1, using liquid crystal 5 CB instead of MBBA.

Les figures 3 et 4 représentent de façon similaire la valeur de l'orientation azimutale # en fonction de l'angle d'évaporationod et de l'épaisseur de dépôt de -SiO, sur une lame ITO, respectivement pour du cristal liquide MBBA d'une part, et 5CB d'autre part. Figures 3 and 4 similarly represent the value of the azimuthal orientation # as a function of the evaporation angle od and the thickness of deposition of -SiO, on an ITO plate, respectively for MBBA liquid crystal. on the one hand, and 5CB on the other.

Les figures 2, 3 et 4, comme la figure I précitée, révèlent une plage (hachurée sur les figures) de couples de valeurs, angle d'évaporation d /épaisseur de dépôt, pour lesquelles l'orientation azimutale X passe progressivement de 90" à Oc.  Figures 2, 3 and 4, like Figure I above, reveal a range (hatched in the figures) of pairs of values, angle of evaporation d / thickness of deposit, for which the azimuthal orientation X passes progressively from 90 " at Oc.

La figure 6 représente l'évolution simultanée de l'orientation azimutale kp et de l'orientation oblique4 > en fonction de l'épaisseur d'un dépôt de SiO évaporé sur une lame ITO avec une incidence Dg de 74", avec utilisation d'un cristal liquide 5CB.  FIG. 6 represents the simultaneous evolution of the azimuthal orientation kp and the oblique orientation4> as a function of the thickness of a deposit of SiO evaporated on an ITO plate with an incidence Dg of 74 ", with the use of a 5CB liquid crystal.

En accord avec les résultats illustrés sur la figure 4, on reconnaît que l'orientation azimutale 9 passe progressivement de 90" à 0" pour une épaisseur de dépôt comprise sensiblement entre 30 et 40 .  In agreement with the results illustrated in FIG. 4, it is recognized that the azimuthal orientation 9 progressively passes from 90 "to 0" for a thickness of deposit comprised substantially between 30 and 40.

En parallèle, on aperçoit que l'orientation oblique 9) se relève progressivement de 0 à 20 pour une épaisseur d'évaporation allant de 30 à 40 A. In parallel, we can see that the oblique orientation 9) gradually rises from 0 to 20 for an evaporation thickness ranging from 30 to 40 A.

En conclusion, les essais réalisés par les inventeurs ont permis d'observer que le substrat nu, avant évaporation, favorise une orientation planaire, c'est-à-4dire parallèle à la surface, mais dégénérée. In conclusion, the tests carried out by the inventors have made it possible to observe that the bare substrate, before evaporation, promotes a planar orientation, that is to say 4 parallel to the surface, but degenerate.

Quand la quantité moyenne évaporée (de SiO) atteint 5 AC, la dégénérescence azimutale est levée, mais l'ancrage reste planaire. Au-dessus de 10A d'évaporation moyenne, on observe un relèvement du nématique, qui tourne dans un plan oblique de sa position planaire initiale, perpendiculaire à la direction d'évaporation, jusqu'à une position oblique vers la direction d'évaporation.When the average evaporated amount (of SiO) reaches 5 AC, the azimuthal degeneration is lifted, but the anchoring remains planar. Above 10A of average evaporation, there is an increase in the nematic, which rotates in an oblique plane from its initial planar position, perpendicular to the direction of evaporation, to an oblique position towards the direction of evaporation.

Bien entendu la réalisation d'un état rugueux sur les plaques, apte à générer un gradient d'ordre, et de là grâce à la polarisation ordoélectrique induite, à solliciter un relèvement du cristal liquide selon une orientation oblique par rapport aux plaques, peut être opéré par d'autres moyens qu'une évaporation, tel que par exemple, par attaque chimique, pulvérisation, ou encore bombardement ionique. Of course, the realization of a rough state on the plates, capable of generating an order gradient, and from there thanks to the induced ordoelectric polarization, to request a raising of the liquid crystal in an oblique orientation relative to the plates, can be operated by means other than evaporation, such as for example, by chemical attack, spraying, or even ion bombardment.

On va maintenant évoquer dans la suite de la description différents exemples d'applications de la présente invention, non limitatifs. We will now discuss in the following description different examples of applications of the present invention, without limitation.

APPLICATION A LA REALISATION D'AFFICHEURS
NEMATIQUES SUPER TWISTES
On tente de developper de nos jours des afficheurs nématiques présentant des directions d'ancrage sur' les deux plaques, inclinées relativement d'un angle 2r supérieur à 90 , avec orientation oblique ç par rapport à au moins l'une des plaques, comme illustré schématiquement sur le figure 7 annexée,pour autoriser un multiplexage du dispositif et obtenir un contraste satisfaisant. L'état de surface rugueux conforme à la présente invention permet d'obtenir aisément une orientation oblique YJ de 10 à 20 par rapport aux plaques, et une orientation azimutale contrôlée.
APPLICATION TO THE PRODUCTION OF DISPLAYS
SUPER TWIST NEMATICS
We are trying to develop nowadays nematic displays having anchoring directions on 'the two plates, inclined relatively by an angle 2r greater than 90, with oblique orientation ç relative to at least one of the plates, as illustrated schematically in Figure 7 attached, to allow multiplexing of the device and obtain a satisfactory contrast. The rough surface state in accordance with the present invention makes it possible to easily obtain an oblique orientation YJ of 10 to 20 relative to the plates, and a controlled azimuthal orientation.

APPLICATION A LA REALISATION D'ANCRAGES
NEMATIQUES BISTABLES.
APPLICATION TO THE PRODUCTION OF ANCHORAGES
BISTABLE NEMATICS.

Les inventeurs ont par ailleurs déterminé que les molécules du cristal liquide sont susceptibles de prendre deux orientations azimutales symétriques par rapport au plan xz contenant la direction d'évaporation. The inventors have also determined that the molecules of the liquid crystal are capable of taking two symmetrical azimuthal orientations with respect to the plane xz containing the direction of evaporation.

On a ainsi illustré schématiquement sur la figure 8 deux orientations azimutales symétriques par rapport au plan xz défini par -la direction d'évaporation. En choisissant l'angle d'évaporation Q( et l'épaisseur d'évaporation sur une plaque de telle sorte que l'orientation azimutale (p par rapport au plan xz soit de l'ordre de + 45", on peut aisément, par application d'un champ électrique externe provoquer le basculement contrôlé des molécules d'une orientation azimutale à l'autre sur ladite plaque. On obtient ainsi une modification de l'orientation azimutale des molécules de l'ordre de 90 , permettant d'obtenir un contraste maximum, si le dispositif est placé entre des polarisateurs. There have thus been shown diagrammatically in FIG. 8 two azimuthal orientations symmetrical with respect to the plane xz defined by the direction of evaporation. By choosing the angle of evaporation Q (and the thickness of evaporation on a plate so that the azimuthal orientation (p with respect to the plane xz is of the order of + 45 ", we can easily, by application of an external electric field cause the controlled tilting of the molecules from one azimuthal orientation to the other on said plate. This gives a modification of the azimuthal orientation of the molecules of the order of 90, making it possible to obtain a maximum contrast, if the device is placed between polarizers.

En l'absence de champ électrique les positions obtenues du cristal liquide restent stables. In the absence of an electric field, the positions obtained from the liquid crystal remain stable.

Si une électrode ou plaque est pourvue d'un état de surface rugueux, on obtient deux domaines + tP .  If an electrode or plate is provided with a rough surface state, two domains + tP are obtained.

Si les deux électrodes ou plaques sont pourvues d'un état de surface rugueux on peut obtenir quatre domaines: +a ++b; +a 9 a +Pb; a - ,en considérant que les indices a et b désignent respectivement les plaques supérieure et inférieure. If the two electrodes or plates are provided with a rough surface state, four domains can be obtained: + a ++ b; + a 9 a + Pb; a -, considering that the indices a and b denote the upper and lower plates respectively.

APPLICATION AUX DISPOSITIFS A CRISTAL
LIQUIDE NEMATIQUE AU SEUIL D'INSTAESILITE
Dans le cadre de la troisième application envisagée de l'invention à la conception des -dispositifs à cristal liquide nématique, il est défini un ancrage planaire et parallèle sur les deux plaques du dispositif, comme illustré sur la figure 9A. Cependant, sur l'une des plaques, on contrôle l'angle d'évaporation d et l'épaisseur d'évaporation d'un dépôt pour placer le cristal liquide au voisinage de la plage de transition hachurée sur les figures 1 à 4. le cristal liquide est ainsi placé au voisinage d'un seuil d'instabilité, c'est-à-dire au voisinage d'un seuil de basculement azimutal.Cette disposition facilite le basculement du cristal liquide vers une formation hélicoîdale, par application d'un champ électrique extérieur, comme cela est connu en soi et tel qu'illustré schématiquement sur la figure 9B.
APPLICATION TO CRYSTAL DEVICES
NEMATIC LIQUID AT THE INSTAESILITE THRESHOLD
In the context of the third envisaged application of the invention to the design of nematic liquid crystal devices, a planar and parallel anchoring is defined on the two plates of the device, as illustrated in FIG. 9A. However, on one of the plates, the angle of evaporation d and the thickness of evaporation of a deposit are controlled to place the liquid crystal in the vicinity of the hatched transition range in FIGS. 1 to 4. The liquid crystal is thus placed in the vicinity of an instability threshold, that is to say in the vicinity of an azimuthal tilting threshold. This arrangement facilitates the tilting of the liquid crystal towards a helical formation, by application of a external electric field, as is known per se and as schematically illustrated in FIG. 9B.

En variante on peut définir initialement une disposition hélicoidale du cristal liquide, proche d'un seuil d'instabilité, et transformer cette disposition hélicoidale en une orientation parallèle des molécules par application d'un champ électrique externe. As a variant, it is possible initially to define a helical arrangement of the liquid crystal, close to an instability threshold, and to transform this helical arrangement into a parallel orientation of the molecules by application of an external electric field.

APPLICATION DE L'INVENTION AU CONTROLE DE LA POLARITE DES
INTERFACES SOLIDES-SMECTIQUES C -FERROELECTRIQUES.
APPLICATION OF THE INVENTION TO THE POLARITY CONTROL OF
SOLID-SMECTIC C-FERROELECTRIC INTERFACES.

Les afficheurs à smectique C ferroélectriques, lorsqu'ils présentent un ancrage de surface dégénéré, permettent en théorie deux positions des molécules symétriques par rapport aux couches smectiques.  Ferroelectric smectic C displays, when they have a degenerate surface anchoring, theoretically allow two positions of the symmetrical molecules with respect to the smectic layers.

Dans une de ces positions, le dipôle électrique des molécules est orienté vers l'électrode, dans l'autre position, il est orienté vers le volume, par un champ appliqué extérieur. En théorie, ces deux positions devraient être équivalentes et permettre la réalisation d'affichage bistables.In one of these positions, the electric dipole of the molecules is oriented towards the electrode, in the other position, it is oriented towards the volume, by an external applied field. In theory, these two positions should be equivalent and allow the realization of bistable displays.

Cependant dans la pratique, on constate qu'au lieu d'un affichage bîstable entre deux états symétriques, on obtient des affichages monostables sur des textures tordues dont le contraste est mauvais et qui ne peuvent être multiplexés. Les inventeurs ont déterminé que ce phénomène était dû au fait que l'interface électrode/cristal liquide est polaire. Cette polarisation semble de nature chimique (différence d'affinité entre la surface et une partie des molécules). However in practice, it is found that instead of a bistable display between two symmetrical states, one obtains monostable displays on distorted textures whose contrast is poor and which cannot be multiplexed. The inventors have determined that this phenomenon is due to the fact that the electrode / liquid crystal interface is polar. This polarization seems to be chemical in nature (difference in affinity between the surface and part of the molecules).

La présente invention permet d'annuler la polarisation chimique grâce à une polarisation ordoélectrique induite par création d'un gradient d'ordre nématique; dans la phase smectique,de signe et amplitude convenables. The present invention makes it possible to cancel the chemical polarization by virtue of an ordoelectric polarization induced by creation of a gradient of nematic order; in the smectic phase, of suitable sign and amplitude.

Pour obtenir une bonne compensation de la polarité chimique on peut prendre des interfaces très polies, sur lesquelles l'ordre nématique est supérieur à la valeur en volume, ou des interfaces rugueuses sur lesquelles l'ordre en surface est inférieur. To obtain a good compensation for the chemical polarity, it is possible to take highly polished interfaces, on which the nematic order is greater than the volume value, or rough interfaces on which the surface order is lower.

On a illustré sur la figure 10 l'orientation 9 S du cristal liquide ainsi obtenu sur les plaques inférieure et supérieure de dispositif pour différentes valeurs d'épaisseur d'un dépôt de SiO opéré par évaporation selon une incidence t de 81" sur des plaques ITO séparées de 3um, respectivement pour des températures de 550C et 48,0 C.  Illustrated in FIG. 10 is the orientation 9 S of the liquid crystal thus obtained on the lower and upper plates of the device for different thickness values of a deposit of SiO operated by evaporation at an incidence t of 81 "on plates. ITO separated by 3um, respectively for temperatures of 550C and 48.0 C.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et applications précités. Elle s'étend à toute variante conforme à son esprit.  Of course, the present invention is not limited to the above embodiments and applications. It extends to any variant that conforms to its spirit.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un dispositif à cristaux liquides, caractérisé par le fait qu'il comprend l'étape consistant à définir une rugosité de l'ordre de grandeur moléculaire du cristal liquide utilisé sur l'une au moins des plaques. 1. A method of preparing a liquid crystal device, characterized in that it comprises the step of defining a roughness of the order of molecular size of the liquid crystal used on at least one of the plates. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rugosité réalisée sur l'une au moins des plaques du dispositif possède une épaisseur comprise entre 20 et 40 A. 2. Method according to claim 1, characterized in that the roughness produced on at least one of the plates of the device has a thickness between 20 and 40 A. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la rugosité est réalisée sur l'une au moins des plaques du dispositif à l'aide de l'une des techniques suivantes : dépôt d'un revêtement par évaporation, dépôt d'un revêtement par pulvérisation, attaque chimique ou bombardement ionique. 3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the roughness is produced on at least one of the plates of the device using one of the following techniques: deposition of a coating by evaporation, deposition of a coating by spraying, chemical attack or ion bombardment. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la rugosité est réalisée sur l'une au moins des plaques avec contrôle d'une direction préférentielle de rugosité, par exemple par contrôle d'une direction d'évaporation, pour obtenir à la fois une orientation des molécules du cristal liquide oblique par rapport à au moins une plaque, et une orientation azimutale des molécules par rapport à la direction préférentielle de rugosité. 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the roughness is carried out on at least one of the plates with control of a preferential direction of roughness, for example by control of a direction of evaporation, to obtain both an orientation of the molecules of the oblique liquid crystal with respect to at least one plate, and an azimuthal orientation of the molecules with respect to the preferential direction of roughness. 5. Dispositif à cristaux liquides obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4 du type comprenant deux plaques parallèles et une matière comprenant des molécules de cristal liquide placée entre les deux plaques, caractérisé par le fait que l'une au moins des plaques présente sur sa surface adjacente au cristal liquide une rugosité de l'ordre de grandeur moléculaire du cristal liquide considéré. 5. A liquid crystal device obtained by implementing the method according to one of claims 1 to 4 of the type comprising two parallel plates and a material comprising liquid crystal molecules placed between the two plates, characterized in that at least one of the plates has on its surface adjacent to the liquid crystal a roughness of the order of molecular magnitude of the liquid crystal considered. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la rugosité réalisée sur l'une au moins des plaques possède une épaisseur comprise entre 20 et 40 .  6. Device according to claim 5, characterized in that the roughness produced on at least one of the plates has a thickness of between 20 and 40. 7. Dispositif selon Itune des revendications 5 et 8, caractérisé par le fait qu'une rugosité est réalisée sur chacune des deux plaques du dispositif. 7. Device according to Itune of claims 5 and 8, characterized in that a roughness is produced on each of the two plates of the device. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le cristal liquide est un cristal liquide nématique. 8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the liquid crystal is a nematic liquid crystal. 9. Dispositif selon l'une des revendications .5 à 7, caractérisé par le fait que l'épaisseur et l'orientation de la rugosité sur l'une au moins des plaques sont adaptes pour définir une orientation oblique Y/du cristal liquide par rapport à l'une au moins des plaques et des directions d'ancrage sur les deux plaques inclinées relativement d'un angle ss supérieur à 90 , pour la réalisation d'afficheurs nématiques supertwistés. 9. Device according to one of claims .5 to 7, characterized in that the thickness and the orientation of the roughness on at least one of the plates are suitable for defining an oblique orientation Y / of the liquid crystal by with respect to at least one of the plates and of the directions of anchoring on the two plates inclined relatively by an angle ss greater than 90, for the production of nematic displays with superforms. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que la rugosité possède une direction préférentielle, définie par exemple par une direction d'évaporation, que l'épaisseur et l'orientation de la rugosité sur l'une au moins des plaques sont adaptées pour définir deux orientations azimutales Ap possibles des molécules du cristal liquide symétriques par rapport à la direction préférentielle de rugosité et de l'ordre de 45C par rapport à cette direction, et qu'il comprend des moyens permettant d'appliquer un champ électrique externe au dispositif pour provoquer le basculement contrôlé des molécules d'une orientation azimutale à l'autre, afin de réaliser des ancrages nématiques bistables. 10. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the roughness has a preferred direction, defined for example by a direction of evaporation, that the thickness and the orientation of the roughness on one at least plates are adapted to define two possible azimuthal orientations Ap of the liquid crystal molecules symmetrical with respect to the preferential direction of roughness and of the order of 45C with respect to this direction, and that it comprises means making it possible to apply an external electric field to the device to cause the controlled tilting of molecules from one azimuth orientation to the other, in order to achieve bistable nematic anchors. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que l'épaisseur et l'orientation de la rugosité sur l'une au moins des plaques sont adaptées pour placer le cristal liquide au voisinage d'un seuil de basculement azimutal afin de faciliter ce basculement lors de l'application d'un champ électrique externe.  11. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the thickness and the orientation of the roughness on at least one of the plates are adapted to place the liquid crystal in the vicinity of a threshold of azimuth tilting to facilitate this tilting when applying an external electric field. 12. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le cristal liquide est un smectique C ferroélectrique et que l'épaisseur et l'orientation de la rugosité sur l'une au moins des plaques sont adaptées pour définir une polarisation ordoélectrique annulant la polarisation globale en surface.  12. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the liquid crystal is a ferroelectric smectic C and that the thickness and the orientation of the roughness on at least one of the plates are adapted to define an ordoelectric polarization canceling the overall surface polarization.
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JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 19, no. 3, mars 1980, pages 567-568, Tokyo, JP; K.HIROSHIMA et al.: "Influence of SiO film-thickness on liquid crystal orientation" *

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