FR2909193A1 - Procede d'evaluation de l'angle de pre-tilt dans une cellule a cristaux liquides. - Google Patents

Abstract

Pour évaluer la valeur de l'angle de tilt thetatilt dans une cellule à cristaux liquides nématiques en hélice, on calcule la transmission de la cellule en fonction de l'angle d'incidence alpha d'un rayonnement lumineux de longueur d'onde donnée lambda en utilisant des valeurs apparentes de l'épaisseur d de la cavité de la cellule, de l'indice extraordinaire ne et de l'angle de torsion thetatwist, pour obtenir une pluralité de courbes de simulation Sim1, Sim2, une par valeur d'angle de pré-tilt thetatilt donnée, on mesure la courbe de transmission (M(C)) en fonction de l'angle d'incidence de la cellule le long de l'axe YY' passant par les positions haute T et basse B de la cellule, pour le rayonnement lumineux de longueur d'onde lambda, en utilisant un dispositif de mesure de contraste, et la coïncidence de cette courbe de mesure avec une parmi la pluralité des courbes de simulation donne la valeur de l'angle de pré-tilt de cette cellule.

Description

PROCÉDÉ D'ÉVALUATION DE L'ANGLE DE PRÉ-TILT DANS UNE CELLULE À CRISTAUX

LIQUIDES La présente invention concerne un procédé de mesure de l'inclinaison ou angle de pré-tilt des molécules de cristal liquide de cellules à cristaux liquides du type nématique en hélice, ou TN pour Twisted Nematic,. Une cellule à cristaux liquides TN est habituellement formée de deux substrats transparents assemblés pour former entre eux une cavité dans laquelle les molécules de cristal liquide sont injectées. Une molécule de cristal liquide a une forme allongée selon un axe longitudinal, tel un bâtonnet. L'angle de pré-tilt peut alors se définir comme suit : on considère une position normale d'une telle molécule, à plat contre le plan de surface d'un substrat. On ancre une extrémité de la molécule sur ce plan et on force l'autre extrémité dans une position tel que l'axe longitudinal de la molécule forme un angle avec le plan de surface du substrat : c'est l'angle de pré-tilt. Cet angle permet notamment d'imposer aux molécules de cristal liquide de la cellule le sens de déroulement en hélice dans l'épaisseur de la cavité. Il a un impact direct sur les performances d'un afficheur à cristal liquide. Il est obtenu de manière bien connue en déposant sur chacune des faces des substrats internes à la cavité, une couche d'alignement transparente, typiquement du polyimide, qui est frottée par exemple au moyen d'un rouleau en tissu suivant un axe d'orientation déterminé, de manière à créer en surface des lignes d'ancrage dans cet axe, et qui est soumise à différents nettoyages et recuits thermiques. Les opérations de frottement réalisées sur les deux substrats et leur assemblage sont tels qu'il existe un angle de torsion dit angle de twist entre les axes de frottement des deux couches d'alignement. Par exemple, cet angle de torsion ou twist est de 90 ou n/2 rad. II peut être inférieur, par exemple de 80 ou supérieur, par exemple de 280 , typiquement pour les cristaux liquides dits super nématiques en hélice STN. Dans la suite, l'expression cristal liquide TN s'entend pour un angle de torsion ou de twist quelconque.

2909193 2 Les molécules de cristal liquide ont toutes au repos l'inclinaison déterminée, appelée angle de pré-tilt, par rapport au plan du substrat. Quand un champ électrique est appliqué, un sens de déroulement en hélice des molécules de cristal liquide s'impose dans l'épaisseur de la cavité. Les 5 directions des axes de frottement des deux couches d'alignement dans la cellule assemblée définissent la position haute ou Top et basse ou Bottom de la cellule dans un afficheur, qui sont des notions associées aux contrastes selon l'angle de vue. L'angle de pré-tilt effectif obtenu en sortie de fabrication dépend 10 de différents facteurs, au nombre desquels on peut citer les conditions de frottement des couches d'alignement, les étapes de nettoyage, la topographie de chacun des substrats, le ou les matériaux (polyimides) utilisés pour réaliser les couches d'alignement, les propriétés des cristaux liquides injectés...

15 Notamment les topographies des deux substrats sont différentes. Typiquement, si on prend l'exemple d'un afficheur à cristaux liquides comprenant une cellule du type à matrice active et filtres colorés, un premier substrat correspond à la matrice active, qui comprend notamment les transistors TFT, les lignes de sélection, les lignes de données et les 20 premières électrodes pixels des points image de l'écran, et un deuxième substrat correspond à la contre-électrode formant l'autre électrode pixel commune à tous les points image, et comprend aussi les filtres colorés rouge vert bleu. Le réseau de filtres sur le substrat 2 et le réseau de TFT avec les électrodes pixel sur le substrat 1 donnent des topographies bien différentes 25 des substrats. Du fait de ces topographies différentes des deux substrats, la valeur de l'angle de pré-tilt de la cellule dépend du point de la surface où il est observé. En pratique l'angle de pré-tilt d'une cellule est une valeur moyenne. En effet la valeur de cet angle peut être différente sur l'un et l'autre substrat ; elle peut varier suivant les trois dimensions, c'est à dire si on considère une molécule, la valeur de l'angle peut varier suivant la position de cette molécule dans le plan des substrats et dans l'épaisseur de la cavité. Si 2909193 3 une ou des étapes quelconques du procédé de fabrication sont défectueuses, on comprend que cela peut avoir un impact direct sur la valeur de l'angle de pré-tilt de la cellule, et par suite sur les qualités de l'affichage. Dans l'invention, dans le cas où des défauts d'affichage sont 5 constatés en fin de fabrication lors de la phase de tests et mesures sur la cellule, par exemple si on observe du traînage, des fuites de lumières, des défauts de contraste en angle, on veut pouvoir vérifier la valeur moyenne de l'angle de pré-tilt de la cellule, pour remonter le cas échéant rapidement à une ou des phases de procédé de fabrication responsables du ou des 10 défauts constatés : pollution, obsolescence ou défauts du polyimide, erreur dans l'opération de frottement. Habituellement la mesure de l'angle de pré-tilt est utilisée dans le processus de mise au point de nouveaux procédés de fabrication ou de procédés utilisant un nouveau matériau. Dans ce contexte de mise au point, 15 la mesure est effectuée au moyen d'une méthode bien connue dite à cristal tournant et décrite par Messieurs T.J. Scheffer et J.Nehring. Dans cette méthode on utilise des cellules fabriquées spécialement. Ces cellules peuvent être immergées dans un liquide d'indice adapté afin de supprimer les réflexions dites de Fresnel, ce qui permet d'améliorer la précision de la 20 mesure. Cette méthode de mesure est bien adaptée pour des cellules spécialement conçues pour elle, et qui sont des ensembles simplistes adaptés au paramètre que l'on veut caractériser. Mais elle ne peut pas être utilisée pour tester des écrans à cristaux liquides défectueux en sortie de 25 fabrication. Elle n'est pas adaptée pour mesurer un angle de pré-tilt dans une cellule qui est un vrai produit abouti dans toute sa complexité, sortant des lignes de production. Dans l'invention, on propose une solution à ce problème technique avec un procédé qui ne nécessite pas la réalisation de cellules spéciales, et 30 qui peut être facilement utilisé directement sur les lignes de production des cellules à cristaux liquides.

2909193 4 Dans un procédé selon l'invention, on évalue une valeur moyenne de l'angle de pré-tilt d'une cellule à cristaux liquides notamment par une comparaison d'une mesure de transmission en angle dans un plan défini par la cellule testée, avec une valeur théorique calculée. Plus précisément, pour 5 évaluer la valeur de l'angle de tilt dans une cellule à cristaux liquides nématiques en hélice, on calcule la transmission de la cellule en fonction de l'angle d'incidence a d'un rayonnement lumineux de longueur d'onde donnée 1 en utilisant des valeurs apparentes de l'épaisseur d de la cavité de la cellule, de l'indice extraordinaire ne et de l'angle de torsion Abmst, pour obtenir 10 une pluralité de courbes de simulation, une par valeur d'angle de pré-tilt donnée ; on mesure la courbe de transmission en fonction de l'angle d'incidence de la cellule le long de l'axe YY' passant par les positions haute T et basse B de la cellule, pour le rayonnement lumineux de longueur d'onde 1, en utilisant un dispositif de mesure de contraste. La coïncidence de cette 15 courbe de mesure avec une parmi la pluralité des courbes de simulation donne la valeur de l'angle de prétilt de cette cellule. Telle que revendiquée, l'invention concerne donc un procédé d'évaluation d'un angle de pré-tilt dans une cellule à cristaux liquides, ladite cellule comprenant une cavité entre deux substrats contenant des molécules 20 de cristal liquide, chaque face des substrats à l'intérieur de la cavité comprenant une couche d'alignement telles que les molécules de cristal liquide sont chacune inclinées par rapport au plan des substrats dudit angle de pré-tilt, ledit cristal liquide étant de type nématique en hélice avec un angle de torsion déterminé, et ladite cellule ayant des positions haute et 25 basse définissant un axe vertical médian en vue de face, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un appareil de mesure de contraste pour établir une courbe de mesure le long dudit axe vertical de la cellule de la transmission d'un rayonnement lumineux à une longueur d'onde déterminée de la dite cellule en fonction d'un angle d'incidence d'un rayonnement 30 lumineux sur ladite cellule, et une comparaison de ladite courbe de mesure à une pluralité de courbes de simulation de la transmission de ladite cellule 2909193 5 en fonction de l'angle d'incidence du rayon lumineux le long dudit axe vertical de la cellule, chacune de ladite pluralité de courbes de simulation étant calculée pour une valeur de pré-tilt déterminée et ladite pluralité de courbes étant calculée en prenant des valeurs apparentes de l'épaisseur d de la 5 cavité de cristal liquide entre les deux substrats, de l'indice extraordinaire ne des cristaux liquides et de l'angle de torsion de la cellule déterminées par les formules suivantes: d d = neapp = app cos(y) ne z 1 + (ne no 2 -1) sin(y ù etzir )1 etwist-a = 2.AYctg(COSY) ) 10 où y est l'angle de transmission du rayon lumineux dans le cristal liquide, fonction de la valeur de l'angle d'incidence, et no l'indice ordinaire des cristaux liquides, d et ne étant I"épaisseur de la cavité et l'indice extraordinaire en incidence normale. L'évaluation de l'angle de pré-tilt de ladite cellule est donnée par la 15 sélection d'une courbe de simulation parmi ladite pluralité de courbes qui coïncide sensiblement avec ladite courbe de mesure. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont détaillés dans la description suivante en référence aux dessins illustrés d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. Dans ces 20 dessins : - les figures la et lb illustrent en vue de face et en vue transversale un afficheur à cellule à cristaux liquides du type matrice active à filtres colorés; - les figures 2a à 2d illustrent les montages de mesure de contraste utilisés dans l'invention pour mesurer la réponse en transmission d'une cellule; 25 -la figure 3 donne un exemple des images optiques montrant la réponse en blanc et en noir d'une cellule obtenues avec un montage de mesure du contraste fonction de l'angle d'incidence; - la figure 4 illustre les angles d'incidence et de réfraction dans la cellule d'un rayon lumineux; 2909193 6 -la figure 5 illustre le parcours de l'angle de réfraction y du rayon lumineux dans la cavité à cristaux liquides, en fonction de l'angle a d'incidence du rayon sur la cellule; -la figure 6 est un schéma illustrant la variation de l'angle dit de twist avec 5 l'angle d'incidence a, par rapport à aune incidence normale par rapport au plan de surface de la cellule; -les figures 7 et 8 illustrent une méthode de comparaison entre la mesure de la transmission à partir des mesures de contraste et les courbes théoriques approximées de cette réponse, permettant une évaluation de la valeur 10 moyenne de l'angle de pré-tilt d'une cellule. On notera que dans la description qui suit les différents éléments sont chacun désignés par la même référence dans toutes les figures. L'invention s'applique de façon générale aux cellules à cristaux liquides du type nématique en hélice TN : à matrice passive ou active, à 15 filtres colorés ou non. L'invention est plus particulièrement décrite pour un angle de twist de 90 (ir/2 rad), mais elle s'applique de manière générale quelle que soit la valeur de l'angle de Twist. A simple titre d'illustration, les figures la et 1b illustrent une cellule à cristaux liquides, du type à matrice active et filtres colorés, à laquelle peut 20 s'appliquer l'invention. La figure la est une vue de face, et la figure 1 b une vue en coupe transversale. Elles illustrent une structure classique d'une cellule C : deux substrats transparents 1 et 2 assemblés l'un à l'autre de façon à former une cavité 3 dans laquelle les cristaux liquides XI sont injectés.

25 Le substrat 1 est celui qui comporte les électrodes pixels et des dispositifs de commutation associés pour l'adressage, typiquement des TFT dans le cas d'une matrice active. Le substrat 2 est celui qui comporte la contre-électrode commune à tous les points image de la cellule. A noter que dans le cas d'une cellule du type à matrice passive, on aurait non pas une contre-électrode 30 commune mais un réseau d'électrodes pixel, et des dispositifs de commutation associés. Le substrat 2 comporte aussi un réseau de filtres 2909193 7 colorés, ce qui est illustré symboliquement sur la figure par un damier noir et blanc. Chaque substrat est recouvert côté cavité d'une couche d'alignement, typiquement un polyimide, frottée : c'est la couche 1.1, respectivement 2.1 du substrat 1, respectivement 2. Le sens de frottement sur chaque couche 1.1, 5 2.1 est indiqué sur les figures par une flèche correspondante, F1 et F2 respectivement. En pratique, le substrat 1 reçoit le rayonnement incident L à transmettre par la cellule. De manière connue, les directions l'une par rapport à l'autre des axes de frottement F1 et F2 dans la cellule assemblée déterminent les 1 o positions haute T et basse B, dites Top et Bottom, de la cellule, telle qu'elle devra être positionnée dans un afficheur en vue de face. Ces positions T et B sont indiquées sur ces figures et les figures suivantes. En pratique, sur un afficheur, ces positions définissent un axe vertical YY' médian de la cellule en vue de face, typiquement sur le plan de surface du substrat 2 (figures la 15 et lb). Les figures 2a à 2d et 3 illustrent des étapes d'une première phase d'un procédé d'évaluation de l'angle de tilt d'une cellule à cristaux liquides C de tout type, et par exemple d'une cellule à matrice active et filtres colorés comme décrit ci-dessus en relation avec les figures la et lb.

20 Dans cette phase, on mesure la transmission de la cellule au moyen d'un dispositif de mesure de contraste 4 du commerce, qui fournit des mesures de luminance recueillies en chaque point, simultanément pour différentes incidences a du faisceau lumineux arrivant sur le plan de surface du substrat 1. Les figures optiques fournies par le dispositif montrent des 25 cartes de contraste ou diagrammes d'isocontrastes correspondants. On pourra par exemple utiliser un appareil ELDIM-EZContrast, commercialisé par la société ELDIM SA. Deux séries de deux mesures sont réalisées, au moyen d'un dispositif d'affichage selon quatre configurations Al à A4 illustrées sur les 30 figures 2a à 2d.

2909193 8 Les deux premières configurations Al et A2 sont respectivement les mesures de contraste de la cellule quand le dispositif d'affichage vise à obturer la lumière (configuration Al) ou laisse passer toute la lumière (configuration A2). Plus précisément dans la configuration Al, le dispositif 5 d'affichage comprend la boîte à lumière LED, un polariseur d'entrée Pin, la cellule C, un polariseur de sortie Pout. La cellule est éclairée par la face arrière du substrat 1. Les polariseurs Pin et Pout sont à polarisation parallèle et la cellule est utilisée sans tension appliquée : Dans ces conditions, si on prend l'exemple d'une cellule C à cristaux liquides TN, la polarisation de la 10 lurnière subit une rotation de 7r/2 à travers la cavité de cristaux liquides : comme le polariseur de sortie est identique au polariseur d'entrée, la lumière polarisée selon un axe différent ne passe pas le polariseur de sortie. Dans cette configuration Al, on effectue une mesure de transmission pour l'état "noir". Pour effectuer la mesure de transmission de l'état "blanc" (toute la 15 lurnière polarisée passe), il suffit d'enlever le polariseur de sortie Pout de la configuration précédente Al : c'est la configuration A2 illustrée sur la figure 2b. La figure 3 montre un exemple des images optiques obtenues pour l'état noir (Mb) et pour l'état blanc (Mw). La transmission totale T de la 20 cellule est obtenue en faisant le rapport des deux, pour tous les points situés sur la section verticale Y et Y', c'est à dire entre le haut T et le bas B de la cellule. La mire indicée de 0 au centre jusqu'à 60 sur le cercle extérieur donne la valeur de l'angle d'incidence (ou d'observation) a. L'angle d'orientation cf) variant de 0 à 360 dans les sens des aiguilles d'une montre 25 permet de repérer les variations de luminosité observées. On s'intéresse plus particulièrement aux variations observées sur l'axe vertical YY' (90 -270 ) correspondant aux positions haute T et basse B de l'écran : la carte de contraste montre ainsi la variation observée sur cet axe en variant l'angle d'observation de -60 (pour (p = 270 ) à +60 (pour ri) = 90 ). Au centre 0 de 30 la mire, on a le contraste observé en incidence normale N sur la surface du 2909193 9 substrat 1 (figure la), c'est à dire avec un angle d'incidence a=O par rapport à la normale N. Dans l'exemple on observe pour l'état noir, une concentration en noir suivant une zone en papillon décalée du point central. Pour l'état noir, on 5 a une luminosité plus faible pour des angles d'incidence les plus élevés. La transmission de la cellule en fonction de l'angle d'incidence est obtenue en faisant le rapport en chaque point des luminosités obtenues entre l'état "noir" et l'état "blanc", pour un rayonnement incident à une longueur d'onde donnée. 1 o Cependant il faut corriger cette transmission de la contribution propre du polariseur de sortie Pout:. En effet, la transmission dans le pollariseur varie en pratique avec l'angle d'incidence. La transmission du polariseur est mesurée selon le même principe que précédemment, c'est à dire avec et sans le polariseur de sortie Pout, mais sans la cellule, et à la 15 même longueur d'onde : ce sont les configurations A3 et A4 illustrées sur les figures 2c et 2d. Ainsi, dans cette phase du procédé de l'invention, après avoir relevé les cartes de luminosité relatives aux configurations Al à A4, on relève les valeurs de luminosité en chacun des points de la portion de droite 20 [T;B] en fonction de l'angle d'incidence par rapport à la normale. Pour chacun des points, on effectue le rapport ( Etat noir/Etat blanc) obtenu pour la cellule en ce point, que l'on divise par le rapport ( Etat noir/Etat blanc) obtenu en ce même point pour le polariseur de sortie Pout. On obtient une courbe de transmission M(C) en fonction de l'angle d'incidence a comme illustrée sur 25 les figures 7 et 8, avec a variant de -60 à + 60 . On notera que la mesure de la transmission pour le polariseur se fais: une seule fois pour un polariseur de sortie déterminé, particulier. On n'est amené à refaire cette mesure que si l'on doit changer de polariseur de sortie. Les figures 4 à 8 illustrent lune autre phase du procédé qui peut 30 être réalisée en parallèle, avant ou après la phase de mesure de la transmission de la cellule C en fonction de l'angle d'incidence. Cette autre 2909193 10 phase est une phase essentiellement de calcul théorique de la transmission T en fonction de l'angle d'incidence, sur l'axe vertical entre la position haute T et la position basse B sur la cellule. Dans cette phase, on part de la formule théorique générale de M. H. L. Ong donnant la transmission de la 5 cellule pour une incidence normale, c'est à dire pour a=O . Cette formule bien connue de l'homme de l'art est la suivante : T .= cos 2 (eh,,s,) + 2v sin(2v.6,,,,s, ) sin(2O) ù (V sin(v.Btis, )) 2 cos(2O5) Eq. 1 avec v = V 1 + u 2 et u = 'T'd'An et An = ne ù no .ers: 1 + (no ne 2 2 -1) sin(Briu ) 10 Dans cette formule, représente la longueur d'onde du rayonnement incident, etwist l'angle de twist, d l'épaisseur de la cavité de cristal liquide entre les deux substrats 1 et 2 et no et ne sont les indices ordinaire et extraordinaire caractéristiques des cristaux liquides utilisés. La formule donnée par Eq 1 n'est cependant pas valide pour une 15 incidence non normale, quelconque. Dans le cas d'une incidence non normale, on a, comme illustré sur la figure 4, une réfraction dans les différents milieux traversés, en fonction des différences d'indices entre les milieux, ce qui modifie la valeur apparente de certaines caractéristiques, et par suite la transmission.

20 Sur la figure 4 on a représenté une molécule de cristal liquide xl. Elle a de manière connue une forme allongée, et l'axe longitudinal de cette molécule forme avec le plan de surface un angle de pré-tilt 0tiit. Un rayon lumineux incident Finc arrive sur la face arrière du substrat 1 avec un angle d'incidence a≠0 par rapport à la normale N à cette 25 face. II traverse le substrat 1 en formant un angle 13 avec la normale. Dans la cavité de cristaux liquides 3, le faisceau Fins obtenu forme un angle y avec la normale. Il traverse le substrat 2 en formant un angle R' avec la normale, et en ressort (Fout) en faisant un angle a' avec la normale.

2909193 11 On considère un cristal liquide nématique en hélice tel que le sens de rotation de l'hélice est vers la droite. Comme illustré sur la figure 5, en variant l'angle d'incidence a du rayon lumineux F;nc, on a une variation de l'angle y du faisceau Fins dans la 5 cavité. Cette variation a une influence sur les indices extraordinaire ne, l'angle de twist ainsi que l'épaisseur de la cellule. L'idée de l'invention est d'approximer la valeur apparente de ces paramètres, par des équations fonction de l'angle d'incidence a, pour obtenir une valeur approximée de la transmission en fonction de l'angle d'incidence 1 o a à partir de la formule Eq 1 rappelée plus haut. Dans l'invention, on réalise les approximations suivantes : Pour l'indice extraordinaire ne, on montre que la valeur apparente neapp de cet indice en fonction de la valeur de l'angle d'incidence peut s'écrire : ne z 1 + (nez -1) sin(y ù tilt) no 15 ce qui amène une valeur apparente Anapp de la différence entre les indices exl:raordiaire et ordinaire qui s'écrit : Onapp= neapp-no. On montre que la valeur apparente de l'angle de twist est aussi modifiée, ce qui est illustré sur la figure 5 pour un angle de twist prévu de t/2 sous incidence normale. On considère l'axe de réfraction RN dans un cristal liquide 20 de type TN correspondant à l'incidence normale. Dans ce cas l'angle de twist twist est de 7r/2. Si l'on bascule cet axe d'un angle y, vers l'arrière dans l'exemple, l'angle de twist apparent est différent, dans l'exemple il est supérieur. On montre que cette valeur apparente etwist_a de l'angle de twist peut s'écrire 25 en fonction de l'angle de réfraction y dans le cristal liquide : 1 9n ,,r = 2.Arctg(cos(Y)) .

2909193 12 La valeur apparente dapp de l'épaisseur d de la cavité peut s'écrire d d _ app cos(y) On montre que la relation entre les angles a et y peut être approximée en considérant que l'indice de réfraction pour le cristal liquide dans la section 5 verticale (selon YY') peut être approxirnée par la valeur apparente de l'indice extraordinaire, ce qui donne : 1 y arcsin( sin(a)). neapp On en déduit une formule d'approximation de la transmission en fonction de l'angle d'incidence, en utilisant ces valeurs apparentes T(a), en remplaçant 10 dans la formule Eq 1, ne, twist, et d par leurs valeurs apparentes, soit : et AnaPP = 2 ù no 1 +(no2 -1)sin(yùCuit ) Pour une cellule donnée, on connaît d, ne et no, qui sont des paramètres de 15 fabrication. En pratique, d est mesurée à l'aide d'un dispositif classique à polariseur tournant. d peut être ajustée pour parfaire la coïncidence entre les courbes simulées théoriques et de mesures : on fait varier la valeur d en incidence normale de l'épaisseur de la cavité, et la valeur pour laquelle la 20 meilleure coïncidence est obtenue entre la courbe de simulation calculée avec cette valeur et la courbe de mesure, donne la valeur de l'épaisseur de la cellule. Le procédé selon l'invention permet ainsi avantageusement de déterminer à la fois l'angle de pré-tilt et l'épaisseur de la cellule testée. On prend X égal à la valeur utilisée pour la mesure de la réponse de la 25 cellule dans la phase précédente, avec un dispositif de mesure de contraste. Alors pour une valeur de l'angle de pré-tilt donnée Ot;it, on peut simuler une courbe T(a) correspondante, par exemple pour a variant -60 à +60 . T(a) = cos2 (etwist a) + 2v 1 Si l(2V.etwist-a) Slll(Zetwist-a) ù (v Sln(V.etwist-a ))2 COS(2etwist -a ) I 7.d On avec V= s 1+ u 2 et u aPP aPP ~'etwist-a ne 2909193 13 En pratique, et parce que l'angle f3 est proche de l'angle y, il est avantageux de faire l'approximation : y4 dans la formule donnant la valeur apparente de l'indice extraordinaire, soit : ne app 2 1 + (ne 2 -1) sin(f ù `9rtu ) no Cette approximation permet de réduire le nombre d'itérations pour calculer T 5 pour chaque valeur de a. Les figures 7 et 8 illustrent les courbes mesurées pour un rayonnement à a. = 550 nm, et les courbes simulées calculées pour cette même longueur d'onde, pour différentes valeurs de pré-tilt pour des cellules différentes.

10 A chaque fois, la valeur de pré-tilt de la cellule C est déduite par la coïncidence entre la courbe mesurée et une courbe simulée déterminée. Plus précisément, la figure 7 concerne une cellule définie notamment par un cristal liquide de référence 6694-015, et des couches d'alignement en polyimide PI de la référence NISSAN7492, par lesquelles 15 un petit angle de pré-tilt est obtenu, typiquement compris entre 3 et 4 . Les valeurs typiques de d, ne, no et dn=n0-ne pour cette cellule sont indiquées sur la figure. Dans cet exemple, quatre courbes de simulation Sim1 à Sim4 ont été calculées, pour quatre valeurs d'angle de prétilt différentes. La coïncidence est réalisée entre la courbe mesurée M(C) et la courbe simulée 20 Sim2 calculée pour un angle de pré-tilt et;it=3,4 , ce qui donne l'évaluation de cet angle pour la cellule considérée. La figure 8 concerne une cellule définie notamment par un cristal liquide de référence 6694-070, et des couches d'alignement en polyimide PI de la référence NISSAN7792, par lesquelles un angle de pré-tilt plus grand 25 que dans le cas précédent est obtenu, typiquement compris entre 6 et 8 . Les valeurs typiques de dn, d, ne et no pour cette cellule sont indiquées sur la figure. Dans ce deuxième exemple, trois courbes de simulation Sim4 à Sim6 ont été calculées, pour trois valeurs d'angle de prétilt différentes. La ne 2909193 114 coïncidence est réalisée entre la courlbe mesurée M(C) et la courbe simulée Sim5 calculée pour un angle de pré-tilt 6tä t=7,5 , ce qui donne l'évaluation de cet angle pour la cellule considérée. En pratique, si la courbe M(C) mesurée ne correspond pas tout à 5 fait bien avec une courbe simulée, il suffit de varier légèrement la valeur de d. En effet, cette valeur a une grande influence sur la transmission, et la valeur d typique donnée pour le procédé de fabrication de la cellule concernée, est donnée avec un intervalle de tolérance. Par exemple, pour l'exemple de la figure 5, on a réalisé la mesure 10 de l'épaisseur d de la cavité, ce qui a donné 4,351.tm, alors que la valeur typique d donnée pour le procédé et utilisée pour le calcul des courbes simulées Sim1 à Sim4 était d=4,33 m comme indiqué sur la figure. En pratique, en variant la valeur de d, on translate la courbe simulée selon l'axe vertical. En variant l'angle de pré-tilt, et comme on peut le 15 constater sur les figures 7 et 8, les courbes simulées passent d'une forme syrnétrique en 0 par rapport à l'axe vertical, à des formes non symétriques. Le procédé d'évaluation qui vient d'être décrit est simple à mettre en oeuvre et a montré en pratique une bonne répétabilité et une précision suffisante, meilleure que 0.5 , ce qui est suffisant pour détecter un problème 20 important dans le procédé defabrication ou dans les matériaux polyimides utilisés. II est utilisé à chaque fois qu'un défaut d'affichage est constaté sur une cellule à cristaux liquides est constaté en sortie de fabrication.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1.Procédé d'évaluation d'un angle de pré-tilt Ot;,t dans une cellule à cristaux liquides, ladite cellule (C) comprenant une cavité (3) entre deux substrats (1,2) contenant des molécules (XI) de cristal liquide, chaque face des substrats (1,

2) à l'intérieur de la cavité comprenant une couche d'alignement (1.1, 2.2) telles que les molécules de cristal liquide sont chacune inclinées par rapport au plan des substrats dudit angle de pré-tilt, ledit cristal liquide étant de type nématique en hélice avec un angle de torsion (Otw;st) déterminé, et ladite cellule ayant des positions haute (T) et basse (B) définissant un axe vertical médian (YY') en vue de face, caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un appareil de mesure de contraste (4) pour établir une courbe de mesure (M(C)) le long dudit axe vertical (YY') de la cellule de la transmission d'un rayonnement lumineux à une longueur d'onde déterminée (~) de la dite cellule en fonction d'un angle d'incidence (a) d'un rayonnement lumineux sur ladite cellule, et une comparaison de ladite courbe de mesure (M(C)) à une pluralité de courbes de simulation (Sim1, Sim2, Sim3) de la transmission de ladite cellule à la même longueur d'onde (X) en fonction de l'angle d'incidence du rayon lumineux le long dudit axe vertical (YY') de la cellule, chacune de ladite pluralité de courbes de simulation (Sim1) étant calculée pour une valeur de pré-tilt déterminée et ladite pluralité de courbes de simulation étant calculée en prenant des valeurs apparentes de l'épaisseur d de la cavité (3) de cristal liquide entre les deux substrats, de l'indice extraordinaire ne des cristaux liquides et de l'angle de torsion (9b,;st) de la cellule déterminées par les formules suivantes: d dap = cos(Y) ' neapp = 1 etwist-a = 2.Arctg( ) cosy) ne + ( ne2 1 noz -1) sin Y - ertu ) 2909193 16 où y est l'angle de transmission du rayon lumineux dans le cristal liquide, fonction de la valeur de l'angle d'incidence (a), no l'indice ordinaire des cristaux liquides, d et ne étant l'épaisseur de la cavité et l'indice extraordinaire en incidence normale. 5 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaluation de l'angle de pré-tilt de ladite cellule est donnée par la sélection d'une courbe de simulation parmi ladite pluralité de courbes qui coïncide sensiblement avec ladite courbe de mesure.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la coïncidence est 10 obtenue en faisant varier la valeur de l'épaisseur (d) de la cavité en incidence normale dans le calcul de ladite pluralité de courbes de simulation, pour obtenir une valeur d de l'épaisseur de la cavité pour laquelle la meilleure coïncidence est obtenue.

4.F'rocédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 15 l'obtention de la courbe de mesure de la transmission en fonction de l'angle d'incidence comprend une première mesure et une deuxième mesure de contraste sur la dite cellule respectivement à l'état blanc et à l'état noir, et le rapport entre les deux mesures le long de l'axe vertical (YY'). ladite première mesure étant obtenue en plaçant ladite cellule dans un dispositif d'affichage 20 comprenant une boite à lumière (LED) émettant un rayonnement dans ladite longueur d'onde déterminée, ladite cellule (C) étant placée pour la première mesure entre un polariseur d'entrée (Pin) et un polariseur de sortie (Pout) à polarisations parallèles, la deuxième mesure étant effectuée en retirant ledit polariseur de sortie du dispositif d'affichage. :25

5.Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'obtention de ladite courbe de mesure comprend en outre une correction dudit rapport par la transmission dudit polariseur de sortie, obtenue en réalisant une première mesure et une deuxième mesure de contraste sur ledit polariseur de sortie respectivement à l'état blanc et à l'état noir, et le rapport entre les deux mesures le long de l'axe vertical (YY'), ladite première mesure étant obtenue avec un dispositif d'affichage comprenant une boite à lumière (LED) émettant un rayonnement dans ladite longueur d'onde déterminée, ledit polariseur 2909193 17 d'entrée (Pin) et ledit polariseur de sortie (Pout), la deuxième mesure étant effectuée en retirant ledit polariseur de sortie du dispositif d'affichage.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dites courbes de simulation sont obtenues par 5 l'équation suivante de la transmission pour un rayon lumineux d'incidence a normale au plan de la cellule, fonction de l'angle de pré-tilt ()tilt : T = cos 2 (etwlst) + 2v 1 sin(2v.B ,;st ) sin(2G5) ù (v sin(v.6',;s, )) 2 cos(20äst ) avec v = -\/l + u 2 et u = 7z.d.On et An = ù ne ùno 2 rwrst 1 + (ne 2 -1) sin(9trrt ) no 10 étant la longueur d'onde du rayonnement incident, ()twist étant l'angle de twist, v = 2nX, d étant l'épaisseur de la cavité de cristal liquide entre lesdits premier et deuxième substrat, en remplaçant dans cette formule les valeurs apparentes de l'épaisseur (d), de l'indice extraordinaire (ne), de l'angle de torsion (()twist) fonctions dudit angle d'incidence (a). 15

7.F'rocédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'on prend comme valeur apparente de l'indice extaraordinaire, la valeur obtenue par la formule suivante ne neapp = I 2 I1+(ne -1)sin(B,;,t ùf) no 2 20 d'incidence a dans le substrat (1) recevant le rayonnement incident à transmettre.

8.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes appliqué pour détecter un défaut d'angle de pré-tilt dans une cellule à cristaux liquides. 25

9.Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes appliqué pour mesurer une épaisseur de cavité dans une cellule à cristaux liquides. où p. est l'angle de transmission du rayon