WO1998050820A1 - Cellule comprenant une plaque a ancrage controle pour cristaux liquides nematiques et procede de realisation d'une telle plaque - Google Patents

Cellule comprenant une plaque a ancrage controle pour cristaux liquides nematiques et procede de realisation d'une telle plaque Download PDF

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WO1998050820A1
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layer
anchoring
cell according
plate
alignment
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PCT/FR1998/000878
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Riccardo Cristoforo Barberi
Roberto Bartolino
Michele Giocondo
Maria Iovane
Anca Luisa Alexe-Ionescu
Jean-Jacques Bonvent
Martin Schadt
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Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia
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    • G02F1/133734—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by obliquely evaporated films, e.g. Si or SiO2 films

Definitions

  • Cell comprising a controlled anchoring plate for nematic liquid crystals and method for producing such a plate
  • the present invention relates to the field of monostable and multistable devices based on nematic liquid crystals.
  • Films thermally polymerized and subjected to rubbing make it possible, for example, to obtain a direction of alignment of the nematic molecules which is coincident with the direction of rubbing, as described in [1] and [2].
  • This first type of treatment makes it possible to obtain surfaces with a uniform texture.
  • This modeling is based on a relaxation process of excess elastic energy in the volume associated with the morphology of the anisotropic surface obtained by the rubbing process.
  • Anisotropic surfaces can also be obtained by means of an oblique deposition of SiO on a solid substrate, produced under vacuum and finely controlled.
  • This technique it is possible to obtain different types of anchors (planar monostable, oblique monostable and oblique bistable).
  • the type of anchoring obtained depends on the deposition parameters, essentially on the thickness of the SiO layer and the deposition angle.
  • the anchoring properties on the surfaces obtained by this latter technique can be part of a generalization of the Berreman model.
  • a more recent surface treatment technique is linear photopolymerization (PPL).
  • a photosensitive polymer film is, according to this technique, polymerized by means of linearly polarized UV light.
  • the resulting anchoring direction is usually perpendicular to the polarization direction of the incident UV light, as mentioned by M. Shadt et al. ([6]).
  • bistable display devices have been proposed controlled by flexoelectric effect (see documents PCT / FR91 / 00496, WO92 / 00546 and US-5 357 358), or by electrochiral effect (see documents PCT / FR91 / 00052 and W091 / 11747).
  • bistable device An example of a bistable device can also be found in French patent application FR-95 13324 "bistable display device based on nematic liquid crystals allowing shades of gray”.
  • This device is based on the creation of an erasable network of surface defects on a suitable substrate. It uses a weak azimuth anchor constituting a quasi-bistable planar anchor. This type of anchoring is obtained from a monostable surface having an easy axis n 0 which corresponds to a very flat minimum of surface energy. The slightly oblique anchoring directions with respect to n 0 therefore correspond to nematic surface states having only an energy slightly greater than the minimum energy corresponding to an orientation of the nematic along the easy axis n 0 .
  • the topology of this type of anchoring allows electrical control (creation or removal) of surface defects ( ⁇ walls), these defects acting as depolarizers for light.
  • the operating mode of these different devices is based on the possibility of switching between two (or more) different optical states corresponding to different configurations of surface directors and therefore to different volume textures.
  • the fact that the change in optical state of the cell is linked to a change in the state of the nematic on a surface makes it possible to obtain excellent performance in terms of electrical response time. Indeed, the surface dynamics are faster by an order of magnitude than the volume dynamics of the nematic liquid crystal, previously used in nematic devices.
  • bistable anchors The possibility of improving the technology of nematic liquid crystal devices using bistable anchors today depends on the development of a new surface treatment which produces surface bistability and which is easily operable in an industrial process.
  • the present invention proposes to meet this expectation More generally, it provides a surface treatment which makes it possible to obtain azimuthal bistable anchors, planar quasi-bistable anchors or inclined anchors for nematic liquid crystals in which the anchoring direction or directions are finely controlled
  • liquid crystal cell comprising at least one plate with controlled anchoring, comprising at least two superimposed layers each having an alignment effect on the nematic molecules located in the vicinity of the same surface. of the plate, these two layers not having the same direction of alignment
  • Other techniques for obtaining surfaces with bistable anchors for nematics have been proposed
  • a process proposed according to the invention is a process for producing a plate with controlled anchoring on its upper face, in which the following steps are carried out: a) production of a first layer capable of producing a first alignment effect on its upper face in a first planar direction; b) deposition on this first layer of a second layer capable of producing, optionally after an additional treatment, a second alignment effect on its upper face in a second direction different from the first, the second layer being capable of transmitting on its upper side part of the first alignment effect induced by the first layer.
  • FIG. 1 is a sectional view of a plate according to the invention, the section plane being perpendicular to the mean plane of the plate and parallel to a main vector of undulations of a lower SiO layer according to the present invention;
  • - Figure 2 shows an orthonormal coordinate system linked to a nematic display device according to the invention, in which there is an orientation director of nematic surface molecules;
  • - Figure 3 is a graph illustrating the dependence of an azimuthal anchoring direction of nematic molecules as a function of a duration of exposure of a plate according to the invention to polarized UV light;
  • FIG. 4 is a photograph of a bistable cell according to the invention, observed between two crossed polarizers and in which the optical axis of a straight region is aligned with one of the two polarizers;
  • FIG. 5 is a photograph of the same bistable cell, rotated so that a light extinction condition is obtained for a region on the left.
  • anchoring competition means that the direction of the nematic surface molecules results from the effect exerted by several anchoring sources corresponding to different anchoring directions. As it is reported in the document [10], in the case of zenital anchors, a competition of anchors results in changes of orientation which are second order.
  • FIG. 1 shows a bistable anchor plate 100 according to the present invention.
  • the bistable plate 100 is one of the two opposite plates of a sandwich cell of known type.
  • the second plate of this sandwich cell not shown, is for example a homeotropic anchoring plate.
  • This type of structure is commonly called a "hybrid" structure.
  • the bistable plate 100 can also be part of any type of liquid crystal cell.
  • the first plate of a sandwich cell whose second plate is a bistable anchoring plate which is identical to it, or whose second plate is monostable with finely controlled anchoring in accordance with the invention, the relative orientations of the anchors of the plate 100 and of the second plate of the sandwich cell which can be adapted as a function of the desired effect.
  • the plate 110 is preferably an isotropic confinement plate made of conductive ITO glass.
  • the plate 110 is provided according to the invention with a two-layer coating
  • the first layer is a layer of SiO, referenced 120, which has surface grooves which extend perpendicular to the section plane of FIG. 1, laterally offset one with respect to to the other according to a constant deviation ⁇ .
  • the second layer is a film 130 of photopolymer deposited on the layer 120 of SiO.
  • the SiO layer 120 is produced according to a known mode of vacuum deposition, with a deposition rate of 5 A / s and with an angle of 75 ° between the deposition beam and the normal to the surface of the glass plate 110 using a quartz balance perpendicular to the deposition beam and a deposition time of approximately 20 seconds.
  • such a deposit gives rise to a layer consisting of an alternation of longitudinal bosses 124 and longitudinal depressions 126.
  • the bosses 124 and the depressions 126 are directed in the same main direction contained in the plane of the glass plate 110. This main direction is perpendicular to the SiO beam during deposition.
  • the distribution of the longitudinal bosses 124 and the depressions 126 perpendicular to this main direction is uniform. Two consecutive boss peaks 124 are thus always separated by the same distance ⁇ , at any point on the plate 100.
  • the points of maximum depth of two consecutive longitudinal recesses 126 are separated by this same distance ⁇ .
  • the morphology of the layer 120 thus obtained is therefore uniform and unidirectional.
  • Each boss 124 and depression 126 has a substantially rounded contour, and each time has symmetry with respect to a central plane
  • An amplitude A of this sinusoidal curve is defined as being the distance measured vertically between one of its vertices and one of its points of maximum depth.
  • Such a substrate 120 alone would constitute a unidirectional planar anchoring surface, in said main direction, for a usual nematic material.
  • the anisotropy of the SiO film as well obtained could be revealed by a well defined uniform planar alignment, perpendicular to the SiO deposition beam ([9]).
  • the upper surface of the layer 120 is therefore flat enough to allow good deposition of the polymer film produced on a roll.
  • the photopolymer constituting layer 130 is a PVMC (Poly
  • the layer 130 of polymer thus deposited does not have an absolutely constant thickness.
  • the thickness of the layer 130 is greater in the depressions 126 than at the vertices 124, so that the polymer tends to fill the depressions 126.
  • the upper surface 132 of the layer 130 also has a sinusoidal contour in the plane of the figure 1.
  • This sinusoidal contour 132 has an amplitude Aeff, measured in the same way as that of the layer 120 of SiO, which is substantially less than the amplitude A of the layer 120. This amplitude Aeff is uniform over the surface 133.
  • the upper curve 132 is, like the curve 122, substantially sinusoidal, of the same wavelength ⁇ , Aeff is therefore the effective amplitude of the curve 132 or, in other words, of the surface grooving taking into account the fact that the Polymer film 130 smooths the initial topography of the SiO 123 surface.
  • the morphology of the surface 133 of the layer 130 therefore differs from that of the layer 120 in that its amplitude Aeff is smaller.
  • the polymer layer 130 is then linearly polymerized, so as to induce a nematic attraction in the direction perpendicular to that of the coating of SiO.
  • Such an anchoring force in a direction perpendicular to said main direction is preferably obtained by photopolymerization linearly polarized in said main direction of the plane of the plate 110.
  • the duration of exposure of the layer 130 to UV will depend on the anchoring force sought.
  • the linear photopolymerization of the PVMC film was carried out by exposure to broad spectrum ultraviolet light emitted by three 15 watt OSRAM fluorescent lamps, referenced HNS-OFR. These samples to be treated were placed at a distance of approximately 10 cm from the lamps. The incident light was linearly polarized using an Oriel 27320 UV dichroic polarizer.
  • the plate 100 constitutes the lower plate of a hybrid sandwich cell
  • the upper plate not shown, is produced from a plate of conductive ITO glass, coated on its face lower DMOAP (dimethyl-octadecyl-3- (trimethoxysilil) propylammonium-chloride), so as to obtain a homeotropic anchoring.
  • DMOAP dimethyl-octadecyl-3- (trimethoxysilil) propylammonium-chloride
  • a bistable anchoring plate in accordance with the invention can be used in the composition of any other device using these bistable anchoring properties of nematics.
  • An anchoring competition is therefore obtained between two superimposed anisotropic films 120 and 130 each having an alignment effect, and coating the same isotropic substrate 110.
  • the layer 130 of polymer has an average thickness I.
  • I the average thickness of a range critical I thicknesses in which there is a bistable anchor in two degenerate directions.
  • an X axis coincides with the planar orientation direction referenced P, induced by the layer 120 of SiO, that is to say the main orientation of the plate of SiO 120.
  • the Y axis coincides with the planar orientation induced by the linear photopolymerization process, referenced L, and the axis Z is directed towards the volume of the nematic material 150 perpendicular to the plane of the glass plate 100.
  • nematic 150 / plate 100 we can then define, as shown in FIG. 2, an azimuthal angle ⁇ between the nematic director n and the x axis parallel to the planar orientation direction induced by the SiO layer.
  • k is the elastic constant of the volume of nematic crystal 150.
  • w S ⁇ o can be modulated by varying I
  • the anchoring force exerted by the photopolymer film 130 on the nematic liquid crystal 150 depends on the duration of exposure to UV, which is thus used as a control parameter to modulate the azimuthal orientation of nematic liquid crystals
  • w s , o> 0 means that the orientation induced by the layer 120 of SiO is parallel to the X axis (direction P), while w P ⁇ ⁇ > 0 means that the polymer layer 130 tends orient the director along the Y axis (direction L)
  • the term 1 / 4.b.in 4 ⁇ introduced by AL Alexe-lonescu et al. ([13]) is typical in the case of disordered surfaces. It is linked to the effect of the random distribution of molecules in the orientation film 130.
  • the model gives a degenerate solution ⁇ ⁇ in two directions.
  • the azimuthal surface anisotropy induced by the linear photopolymerization (PPL) process is a non-monotonic function of the exposure time.
  • the thickness of the film 130 of photopolymer was controlled by varying the concentration of PVMC in a suitable solvent such as an NMP: N-methyl Pirrolidone and the thickness actually obtained has been verified by an ellipsometry technique ([12]).
  • the inventors have found that with a concentration of PVMC of 0.2%, the nematic alignment always corresponds to the direction P, whatever the time of exposure to UV: the nematic anchoring is imposed by the layer of SiO .
  • the inventors have found a first critical thickness l c of the layer 130 of approximately 30 A, corresponding to a PVMC concentration of 0.25%.
  • the inventors found that with a concentration of PVMC of 0.3%, which defines a second critical length l s of approximately 100 A, the nematic alignment always corresponds to the direction L after exposure to UV. Without UV treatment, a degenerate primary orientation of the non-critical liquid crystal is obtained from this thickness.
  • I s and l c depend on the polymeric material and the roughness of the anisotropic SiO layer.
  • the average thickness must be in the case described here between 30 A and 100 A.
  • a range of thicknesses of the photopolymer layer giving rise to such a result may have a lower limit l c of a few tens of Angstroms and an upper limit l s of a few hundred Angstroms.
  • Figures 4 and 5 are two photographs of a bistable plate.
  • the invention is not limited to the specific case of plates with bistable or quasi-bistable anchors, but extends to the case of plates with controlled monostable anchoring.
  • the inventors also carried out experiments in the case where the angle between P and L is not perpendicular.
  • the inventors have chosen for example an angle of approximately 45 ° between P and L. In this case they have also found a change in the angle ⁇ which evolves from the direction P towards the direction L when the exposure time UV increases, with a thickness of photo-polymers between l c and l s .
  • This possibility of controlling the direction of a monostable anchor is particularly useful in any type of cell where there is a need for a monostable anchor plate whose orientation is finely controlled.
  • a possibility of obtaining a quasi-bistable anchoring is given, in the previously described case of a photo-polymer layer 130 on an anisotropic substrate 120, by a bistable alignment very close to that of the lower substrate 120.
  • the method according to the invention for obtaining anchors of bistable or quasi-bistable nematic liquid crystals is based on the concept of anchoring competition between two alignment sources having different types of interaction with the liquid crystalline material.
  • bistable anchors which can be obtained by this method are suitable for use in a bistable nematic device flexo-electrically controlled (document PCT / FR91 / 00496, document WO92 / 00546, patent US-5,357,358), in a bistable nematic device controlled by electro-chiral effect (document PCT / FR91 / 00052, document W091 / 11747) and in any other bistable electro-optical device based on the nematic surface bistability.
  • planar quasi-bistable nematic anchors such as those required in the device of the document Bistable display device based on nematic liquid crystals allowing shades of gray can also be obtained.
  • the inventors used a coating of SiO 120 deposited under vacuum as the first competitive alignment layer, the implementation of the invention does not necessarily require such treatment. Any other anisotropic substrate on which it is possible to deposit a second thin anisotropic film can be used. Mechanically rubbed substrates could be good candidates provided an appropriate roughness is reached.
  • the second competitive alignment layer is constituted by an organic coating film 130 photo-polymerized by UV (PVMC or similar), which can be sprayed or applied by spin coating on the glass substrate.
  • PVMC photo-polymerized by UV
  • This film may be substituted by any other anisotropic film sufficiently thin to allow the anchoring competition.

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Abstract

La présente invention concerne une cellule à cristaux liquides comprenant au moins une plaque (100) à ancrage contrôlé comprenant au moins deux couches (120, 130) superposées ayant chacune un effet d'alignement sur les molécules nématiques (150) se trouvant au voisinage d'une même surface (133) de la plaque (100), ces deux couches (120, 130) n'ayant pas la même direction d'alignement (P, L).

Description

« Cellule comprenant une plaque à ancrage contrôlé pour cristaux liquides nématiques et procédé de réalisation d'une telle plaque »
La présente invention concerne le domaine des dispositifs monostables et multistables à base de cristaux liquides nématiques.
On sait depuis longtemps obtenir un alignement uniforme d'un cristal liquide nématique sur les plaques de confinement de celui-ci grâce à des traitements de surface appropriés.
Les films polymérisés thermiquement et soumis à un frottage permettent par exemple d'obtenir une direction d'alignement des molécules nématiques qui est confondue avec la direction de frottage, comme décrit dans [1 ] et [2].
Ce premier type de traitement permet d'obtenir des surfaces à texture uniforme. II existe également des polymères qui donnent une orientation perpendiculaire par rapport à la direction de frottage ([3]).
Il est également possible d'obtenir des ancrages obliques grâce à de simples couches de polymères frottées.
Ces différents résultats sont très souvent justifiés par une modélisation élastique proposée depuis longtemps par D.H. Berreman ([4]).
Cette modélisation est basée sur un processus de relaxation d'énergie élastique en excès dans le volume associé à la morphologie de la surface anisotrope obtenue par le procédé de frottage.
Des surfaces anisotropes peuvent aussi être obtenues au moyen d'un dépôt oblique de SiO sur un substrat solide, réalisé sous vide et finement contrôlé. Par cette technique, il est possible d'obtenir différents types d'ancrages (planaire monostable, oblique monostable et oblique bistable). Le type d'ancrage obtenu dépend des paramètres de dépôt, essentiellement de l'épaisseur de la couche de SiO et de l'angle de dépôt. Comme décrit dans le document [5], les propriétés d'ancrage sur les surfaces obtenues par cette dernière technique peuvent s'inscrire dans une généralisation du modèle de Berreman. Une technique de traitement de surface plus récente est la photopolymérisation linéaire (PPL). Un film de polymère photosensible est, selon cette technique, polymérisé au moyen d'une lumière UV polarisée linéairement. La direction d'ancrage résultante est habituellement perpendiculaire à la direction de polarisation de la lumière UV incidente, comme le mentionnent M. Shadt et al. ([6]).
Comme le montrent J. Chen et al. ([7]), il est également possible d'obtenir des textures de surface nématique dont le directeur soit parallèle à la direction de polarisation de la lumière UV.
L'alignement du nématique sur le polymère s'explique en termes de transformations chimiques de la structure du polymère, induites par la photopolymérisation linéaire. Cette technique ne soumet le substrat à aucune sollicitation mécanique directe. A ce jour, on a proposé des dispositifs d'affichage bistables commandés par effet flexoélectrique (voir documents PCT/FR91/00496, WO92/00546 et US-5 357 358), ou par effet électrochiral (voir documents PCT/FR91/00052 et W091/11747).
On trouvera également un exemple de dispositif bistable dans la demande de brevet français FR-95 13324 "dispositif d'affichage bistable à base de cristaux liquides nématiques autorisant des teintes de gris".
Ce dispositif se base sur la création d'un réseau effaçable de défauts de surface sur un substrat adapté. Il utilise un ancrage azimutal faible constituant un ancrage planaire quasi-bistable. Ce type d'ancrage est obtenu à partir d'une surface monostable ayant un axe facile n0 qui correspond à un minimum très plat d'énergie de surface. Les directions d'ancrage légèrement obliques par rapport à n0 correspondent donc à des états de surface nématiques ayant seulement une énergie légèrement supérieure à l'énergie minimum correspondant à une orientation du nématique selon l'axe facile n0.
La topologie de ce type d'ancrage permet un contrôle électrique (création ou suppression) des défauts de surface (murs π), ces défauts agissant en tant que dépolariseurs pour la lumière. Le mode de fonctionnement de ces différents dispositifs est basé sur la possibilité de commuter entre deux (ou plus) états optiques différents correspondant à des configurations différentes de directeurs de surface et donc à différentes textures de volume. Le fait que le changement d'état optique de la cellule soit lié à une variation de l'état du nématique sur une surface permet d'obtenir d'excellentes performances en termes de temps de réponse électrique. En effet, la dynamique de surface est plus rapide d'un ordre de grandeur que la dynamique de volume du cristal liquide nématique, exploitée auparavant dans les dispositifs nématiques.
De plus, la possibilité de commuter entre deux états aussi stables l'un que l'autre permet d'obtenir des possibilités de multiplexage très larges, qui sont essentielles dans les techniques d'adressage de matrices étendues, comme on peut le voir dans [8]. Ainsi, l'homme de l'art sait qu'en utilisant les propriétés d'ancrage bistable des cristaux liquides nématiques, on peut réaliser des dispositifs électro-optiques caractérisés par un temps d'adressage électrique de l'ordre de quelques micro-secondes, et un temps de réponse optique de l'ordre d'une milliseconde, donc tous deux très rapides. Ces propriétés permettent plus largement de construire des dispositifs matriciels de grandes dimensions avec une haute résolution et des capacités de multiplexage infinies.
Les traitements de surfaces pour obtenir des ancrages bistables de nématiques sur une même surface sont d'une importance fondamentale. Le document [9] fait état d'une recherche systématique sur les revêtements par SiO réalisés sous vide, sur des substrats solides, pour obtenir des ancrages bistables nématiques.
Les méthodes dont il est question dans ce document, très appréciables en termes de propriétés d'ancrage, sont peu adaptables à un environnement industriel. Il est d'une part difficile de revêtir des panneaux étendus de verre en assurant une uniformité adaptée, et la région bistable n'existe d'autre part que pour une gamme assez étroite des paramètres de dépôt. Par ailleurs, les caractéristiques d'ancrage du revêtement SiO varient avec la température, et il est possible de sortir des limites de bistabilité uniquement en modifiant la température
La possibilité d'améliorer la technologie des dispositifs à base de cristaux liquides nématiques utilisant les ancrages bistables dépend aujourd'hui de l'élaboration d'un nouveau traitement de surface qui produise une bistabilité de surface et qui soit facilement opérable dans un processus industriel
La présente invention se propose de répondre à cette attente Plus généralement, elle propose un traitement de surface qui permet d'obtenir des ancrages bistables azimutaux, quasi-bistables planaires ou des ancrages inclinés pour cristaux liquides nématiques dans lesquels la ou les directions d'ancrage sont finement contrôlées
Ce but est atteint selon la présente invention grâce à une cellule à cristaux liquides comprenant au moins une plaque à ancrage contrôlé, comprenant au moins deux couches superposées ayant chacune un effet d'alignement sur les molécules nématiques se trouvant au voisinage d'une même surface de la plaque, ces deux couches n'ayant pas la même direction d'alignement D'autres techniques pour obtenir des surfaces à ancrages bistables pour nématiques ont été proposées
On connaît notamment les surfaces à ancrages bistables obtenues par double exposition de films photo-orientés de type Langmuir-Blodgett à une lumière ultra-violet polarisée, comme proposé dans [14] On connaît également les surfaces obtenues par deux frottages dans deux directions différentes, qui présentent une double péπdicité géométrique Ces surfaces ont été proposées par la Défense Agency, Malveme, Royaume-Uni, et notamment par G P Bryan-Brown, M J Towler, M S Bancroft, et D G Mac Donnel Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de traitement de surface présentant deux sources d'ancrage en compétition dans lequel il est possible de contrôler les forces d'ancrages relatives de ces sources Ce procédé est compatible avec les contraintes industrielles en matière de traitements de surface.
Un procédé proposé selon l'invention est un procédé de réalisation d'une plaque à ancrage contrôlé sur sa face supérieure, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a) réalisation d'une première couche apte à produire un premier effet d'alignement sur sa face supérieure selon une première direction planaire ; b) dépôt sur cette première couche d'une seconde couche apte à produire, éventuellement après un traitement supplémentaire, un second effet d'alignement sur sa face supérieure selon une seconde direction différente de la première, la seconde couche étant apte à transmettre sur sa face supérieure une partie du premier effet d'alignement induit par la première couche.
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 :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une plaque conforme à l'invention, le plan de coupe étant perpendiculaire au plan moyen de la plaque et parallèle à un vecteur principal d'ondulations d'une couche de SiO inférieure conforme à la présente invention ;
- la figure 2 représente un repère orthonormé lié à un dispositif d'affichage nématique conforme à l'invention, dans lequel figure un directeur d'orientation de molécules nématiques de surface ; - la figure 3 est un graphe illustrant la dépendance d'une direction d'ancrage azimutal des molécules nématiques en fonction d'une durée d'exposition d'une plaque selon l'invention à une lumière UV polarisée ;
- la figure 4 est une photographie de cellule bistable conforme à l'invention, observée entre deux polariseurs croisés et dans laquelle l'axe optique d'une région de droite est aligné avec un des deux polariseurs ; et
- La figure 5 est une photographie d'une même cellule bistable, pivotée de sorte qu'une condition d'extinction de lumière est obtenue pour une région de gauche. Dans le cadre de la présente invention, le terme "compétition d'ancrages" signifie que la direction des molécules nématiques de surface résulte de l'effet exercé par plusieurs sources d'ancrage correspondant à des directions d'ancrage différentes. Comme il en est fait état dans le document [10], dans le cas d'ancrages zénitaux, une compétition d'ancrages se traduit par des changements d'orientation qui sont du second ordre.
La figure 1 représente une plaque d'ancrage bistable 100 conforme à la présente invention. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la plaque bistable 100 est l'une des deux plaques opposées d'une cellule sandwich de type connu. La seconde plaque de cette cellule sandwich, non représentée, est par exemple une plaque d'ancrage homéotrope. Ce type de structure est appelée couramment structure "hybride". Plus généralement, la plaque bistable 100 peut également faire partie de tout type de cellule à cristaux liquides.
Ainsi, elle peut être la première plaque d'une cellule sandwich dont la seconde plaque est une plaque à ancrage bistable qui lui est identique, ou dont la seconde plaque est monostable à ancrage finement contrôlé conformément à l'invention, les orientations relatives des ancrages de la plaque 100 et de la seconde plaque de la cellule sandwich pouvant être adaptées en fonction de l'effet désiré.
La plaque 110 est de préférence une plaque isotrope de confinement constituée de verre ITO conductif. La plaque 110 est munie selon l'invention d'un revêtement bi-couche
120/130.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la première couche est une couche de SiO, référencée 120, qui présente des rainures de surface qui s'étendent perpendiculairement au plan de coupe de la figure 1 , latéralement décalées l'une par rapport à l'autre selon un écart constant λ.
La deuxième couche est un film 130 de photopolymère déposé sur la couche 120 de SiO. La couche 120 de SiO est réalisée selon un mode connu de dépôt sous vide, avec une vitesse de dépôt de 5 A/s et avec un angle de 75° entre le faisceau de dépôt et la normale à la surface de la plaque de verre 110 en utilisant une balance à quartz perpendiculaire au faisceau de dépôt et un temps de dépôt d'environ 20 secondes.
Cette technique est décrite dans [1] et [9],
Comme représenté sur la figure 1 , un tel dépôt donne naissance à une couche constituée d'une alternance de bossages longitudinaux 124 et de dépressions longitudinales 126. Les bossages 124 et les dépressions 126 sont dirigés selon une même direction principale contenue dans le plan de la plaque de verre 110. Cette direction principale est perpendiculaire au faisceau de SiO lors du dépôt.
La répartition des bossages longitudinaux 124 et des dépressions 126 perpendiculairement à cette direction principale est uniforme. Deux sommets de bossages 124 consécutifs sont ainsi toujours séparés d'une même distance λ, en tout point de la plaque 100.
De même, les points de profondeur maximale de deux évidements longitudinaux 126 consécutifs, sont séparés de cette même distance λ. La morphologie de la couche 120 ainsi obtenue est donc uniforme et unidirectionnelle.
Chaque bossage 124 et dépression 126 a un contour sensiblement arrondi, et présente à chaque fois une symétrie par rapport à un plan central
Q, vertical et dirigé selon ladite direction principale. Ainsi, l'intersection de la surface supérieure 123 de la couche 120 et du plan de coupe de la figure 1 définit une courbe 122 sensiblement sinusoïdale, de longueur d'onde λ.
On définit une amplitude A de cette courbe sinusoïdale comme étant la distance mesurée verticalement entre un de ses sommets et un de ses points de profondeur maximale.
Un tel substrat 120 constituerait à lui seul une surface d'ancrage planaire unidirectionnelle, selon ladite direction principale, pour un matériau nématique usuel. En d'autres termes, l'anisotropie du film de SiO ainsi obtenue pourrait être révélée par un alignement planaire uniforme bien défini, perpendiculaire au faisceau de dépôt du SiO ([9]).
Une analyse morphologique préliminaire ([11]) réalisée au moyen d'un microscope à force atomique (Autoprobe par Park Scientific) a permis de savoir que ce film de SiO présente une rugosité de surface, c'est-à-dire d'amplitude A, de l'ordre de quelques dizaines d'Angstroems, qui est compatible avec l'uniformité requise pour la couche de polymère.
La surface supérieure de la couche 120 est donc assez plane pour permettre un bon dépôt du film polymérique réalisé sur toumette. Le photopolymère constituant la couche 130 est un PVMC (Poly
Vinyl 4-Méthoxy-Cinπamate par Rolic), déposé sur toumette à 3000 RPM sur le substrat 120, puis traité selon un traitement thermique standard à 120°C pendant une heure à une pression d'environ 10"3 mBar.
Comme représenté sur la figure 1 , la couche 130 de polymère ainsi déposée n'a pas une épaisseur absolument constante. L'épaisseur de la couche 130 est plus grande dans les dépressions 126 qu'au niveau des sommets 124, de sorte que le polymère a tendance à remplir les dépressions 126.
Ce phénomène étant uniforme sur l'ensemble de la surface de la couche 120, et progressif en partant d'un sommet donné vers un de ses évidements adjacents, la surface supérieure 132 de la couche 130 présente également un contour sinusoïdal dans le plan de la figure 1.
Ce contour sinusoïdal 132 a une amplitude Aeff, mesurée de la même façon que celle de la couche 120 de SiO, qui est sensiblement inférieure à l'amplitude A de la couche 120. Cette amplitude Aeff est uniforme sur la surface 133.
La courbe supérieure 132 est, comme la courbe 122, sensiblement sinusoïdale, de même longueur d'onde λ, Aeff est donc l'amplitude effective de la courbe 132 ou, autrement dit, du rainurage de surface en prenant en compte le fait que le film 130 de polymère aplanit la topographie initiale de la surface 123 du SiO.
La morphologie de la surface 133 de la couche 130 diffère donc de celle de la couche 120 par le fait que son amplitude Aeff est plus petite. La couche de polymère 130 est ensuite linéairement polymérisée, de façon à induire une attraction nématique dans la direction perpendiculaire à celle du revêtement de SiO.
Une telle force d'ancrage dans une direction perpendiculaire à ladite direction principale, c'est-à-dire dans une direction appartenant au plan de la plaque de confinement 110 et au plan de coupe de la figure 1 , est obtenue de manière préférentielle par photopolymérisation polarisée linéairement selon ladite direction principale du plan de la plaque 110. La durée d'exposition de la couche 130 aux UV dépendra de la force d'ancrage recherchée.
La photopolymérisation linéaire du film de PVMC a été réalisée par exposition à une lumière ultra-violet à large spectre émise par trois lampes fluorescentes OSRAM de 15 watts, référencées HNS-OFR. Ces échantillons à traiter ont été placés à une distance d'environ 10 cm des lampes. La lumière incidente a été linéairement polarisée au moyen d'un polariseur dichroïque à UV Oriel 27320.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la plaque 100 constitue la plaque inférieure d'une cellule sandwich hybride, dont la plaque supérieure, non représentée, est réalisée à partir d'une plaque de verre ITO conducteur, revêtue sur sa face inférieure de DMOAP (diméthyl- octadecyl-3-(trïmethoxysilil) propylammonium-chloride), de façon à obtenir un ancrage homéotrope.
La plaque 100 et la plaque supérieure non représentée renferment entre elles un cristal liquide nématique 150 qui est par exemple un 5CB du commerce (4'-n-pentyl-4-cyanobiphényl) fourni par Merck. Bien sûr, une plaque d'ancrage bistable conforme à l'invention pourra entrer dans la composition de tout autre dispositif utilisant ces propriétés d'ancrage bistable des nématiques.
On obtient donc une compétition d'ancrages entre deux films anisotropes superposés 120 et 130 ayant chacun un effet d'alignement, et revêtant le même substrat isotrope 110.
Comme représenté sur la figure 1 , la couche 130 de polymère a une épaisseur moyenne I. Nous démontrerons ci-après l'existence d'une gamme d'épaisseurs I critiques dans laquelle est présent un ancrage bistable à deux directions dégénérées.
En référence à la figure 2, un axe X coïncide avec la direction d'orientation planaire référencée P, induite par la couche 120 de SiO, c'est- à-dire orientation principale de la plaque de SiO 120. L'axe Y coïncide avec l'orientation planaire induite par le procédé de photopolymérisation linéaire, référencée L, et l'axe Z est dirigé vers le volume du matériau nématique 150 perpendiculairement au plan de la plaque de verre 100.
Comme décrit dans la suite, sous certaines conditions, la compétition d'ancrages entre les deux couches 120 et 130 donne naissance à une direction d'orientation azimutale résultante n des molécules nématiques de surface, qui correspond à un minimum d'énergie potentielle du système nématique 150/plaque 100. On peut alors définir, comme représenté sur la figure 2, un angle azimutal φ entre le directeur nématique n et l'axe x parallèle à la direction d'orientation planaire induite par la couche de SiO.
Selon le modèle de Berreman, pour une telle couche de SiO 120 seule, il existe une différence d'énergie azimutable entre la direction facile P et la direction perpendiculaire à P, qui est due à la morphologie anisotrope de la surface, dont la valeur est donnée par la formule wSio = kA2q3 où q définit un vecteur d'onde principal de la courbe sinusoïdale engendrée par la surface 123, définie précédemment. On a ainsi q = 2π/λ, où λ est la longueur d'onde de la courbe sinusoïdale 122, c'est-à-dire par exemple la distance mesurée dans le plan de la figure 1 entre deux sommets de la courbe 122. A est l'amplitude principale de la courbe 122 représentée sur la figure 1 , et k est la constante élastique du volume de cristal nématique 150. L'effet orientant de la couche de polymère 130 après une exposition aux UV suffisamment longue, dû principalement aux interactions de type Van der Waals anisotropes est caractérisé par une force d'ancrage azimutale WPθ! = R où R est une constante. Quand le polymère 130 est déposé sur la couche 120 de SiO, l'amplitude Aeff devient de plus en plus petite, alors que l'épaisseur moyenne I du film de polymère 130 augmente, comme représenté sur la figure 1
Pour évaluer la différence d'énergie azimutale entre la direction P et la direction qui lui est perpendiculaire, due à la morphologie de la surface anisotrope 120, il faut tenir compte de l'atténuation d'amplitude engendrée par la géométrie de la couche de photopolymère 130 On a donc en pratique ws,o = kAeff2q3
Aeff variant en fonction de I, wSιo peut être modulé en faisant varier I Une épaisseur critique le est obtenue quand wSιo est du même ordre de grandeur que wp0ι, c'est-à-dire lorsque
Figure imgf000013_0001
= R
D'autre part, comme il en est fait part dans [6] et [7], la force d'ancrage exercée par le film de photopolymère 130 sur le cristal liquide nématique 150 dépend de la durée d'exposition aux UV, qui est ainsi utilisée comme paramètre de contrôle pour moduler l'orientation azimutale des cristaux liquides nématiques
On fait l'hypothèse dans le raisonnement qui suit, que 1 ) le directeur n du cristal liquide nématique est partout parallèle au plan (x, y), et
2) l'ensemble du cristal liquide suit l'orientation de surface, c'est-à- dire qu'il est possible de négliger l'énergie élastique liée aux déformations du cristal liquide nématique
La densité totale d'énergie azimutale de surface pour le système considéré peut être exprimée, selon l'approximation de Rapini Papoular, par f = fsio + fpoi où fs,o = 1 2 Wsio sin2 φ, et fPθι = - 1/2 wPθι sin2 φ + 1/4 b sin4 φ, fSιo étant la densité d'énergie de surface correspondant à l'interaction entre le cristal liquide nématique 150 et le film 120 de SiO et fPθι représentant la densité d'énergie de surface correspondant à l'interaction entre le film photopolymère 130 et le nématique 150
Dans ces équations, ws,o > 0 signifie que l'orientation induite par la couche 120 de SiO est parallèle à l'axe des X (direction P), tandis que wPθι > 0 signifie que la couche de polymère 130 tend à orienter le directeur selon l'axe des Y (direction L) Le terme 1/4.b.sin4 φ introduit par A.L Alexe-lonescu et al. ([13]) est typique dans le cas de surfaces désordonnées. Il est lié à l'effet de la distribution aléatoire des molécules dans le film d'orientation 130.
L'énergie libre totale par unité de surface du système considéré est donnée alors par :
/ = /* + fM = --sin> + - sin* φ,ou a = WPol - WSt0
Les quatre solutions correspondant à un minimum de la densité totale d'énergie azimutale f sont obtenues en résolvant l'équation: df Λ ci . ,_ . b . , . ,- . A— - 0, soit sm(2φ) + —sm- φsm(2φ) ≈ 0 dφ 2 2 Ces solutions sont : π . , a φ = 0, φ - — et sin " φ - —
2 b pour a < 0 (wPθι<Wsio), la solution stable est donnée par φ = 0 et l'orientation du nématique est imposée par la couche de SiO.
Pour a > b, la solution stable est donnée par φ = π/2 et l'orientation nématique est imposée par la couche de photopolymère.
Pour 0<a<b, le modèle donne une solution φτ dégénérée à deux directions. Les orientations azimutales +φτ et -φτ qui minimisent l'énergie libre de surface sont comprises entre les directions P et L d'attraction planaires de surface. On note que l'alignement P devient instable quand la condition a=0, correspondant à wPθι = wSio, est satisfaite.
Selon Schadt et al. ([6]) et J. Chen et al. ([7]), on analyse l'effet de la durée t d'exposition à la lumière UV sur la direction du directeur azimutal n en utilisant l'expression phénoménologique la plus simple pour wPθι : wPθι = R(1-e"(t/x)) où R est la force d'ancrage du film polymère 130 après une durée d'exposition suffisamment longue, et où τ est la durée caractéristique de la dynamique d'orientation des liaisons chimiques. Quand R est supérieur ou égal à wsio, la condition wPθ| = WSJO, en utilisant l'équation wPθι = R(1-e"(t/τ)), définit une durée critique tc caractéristique de l'effet d'orientation, donnée par R(1 -e"(tc τ)) = wSio-
Pour t < tCl le terme d'énergie associée au substrat 120 de SiO 5 domine, on a a < 0, et l'alignement nématique se trouve selon la direction P, tandis que pour t > tc (0 < a < b), la direction azimutale de l'axe nématique facile est différente de P (φ non nul).
Dans le même cas où R > Wsio, la relation R(1-e"(t/τ)) - Wsio > b (ou a > b), est réalisable pour t est supérieur à une seconde durée critique tc* 10 ainsi définie.
Pour t > tc *, le terme d'énergie associé au photopolymère 130 domine et l'alignement nématique se trouve selon la direction L.
A partir des équations précédentes, on obtient pour tc < t < tc*, un angle d'ancrage azimutal effectif φ défini par :
, R . , . . R(\ - e t , τ)) - Ws,o 15 sm- φ(t) - — .
Selon A.L. Alexe-lonescu et al. ([13]), on peut supposer que b est du même ordre de grandeur que wPθι, c'est-à-dire b = C(1-e"(t τ)) où C est une constante, et ainsi on peut écrire :
sin : φ(t) = R{ ~ e' c {t^^},: "C'^ ™c WSιo = R(l - e~*' '>)
20 Ces derniers résultats indiquent que toutes les orientations φ azimutales de surface sont possibles, dans la gamme (0,π/2), en utilisant la durée d'exposition t comme paramètre de contrôle, pour peu que la condition donnée par KA2dtq3 = R soit remplie.
On comprend donc qu'un contrôle fin des deux forces d'ancrages
25 venant de deux attracteurs d'ancrage de surface indépendants, perpendiculaires l'un à l'autre, induit des transitions de surface contrôlées, qui permettent la bistabilité.
On peut noter que le modèle exposé ici vaut seulement pour des durées d'exposition t qui ne sont pas trop longues, pour lesquelles l'anisotropie azimutale est donc une fonction croissante de la durée d'exposition.
Comme rapporté par Schadt et al. et par Chen et al. ([6] et [7]), l'anisotropie azimutale de surface induite par le procédé de photopolymérisation linéaire (PPL) est une fonction non monotone de la durée d'exposition.
Dans le cas de l'exemple de réalisation donné en référence à la figure 1 , l'épaisseur du film 130 de photopolymère a été contrôlée en faisant varier la concentration de PVMC dans un solvant adapté tel qu'un NMP: N- méthyl Pirrolidone et l'épaisseur obtenue de manière effective a été vérifiée par une technique d'ellipsométrie ([12]).
Les inventeurs ont constaté qu'avec une concentration de PVMC de 0,2%, l'alignement nématique correspond toujours à la direction P, quel que soit le temps d'exposition aux UV : l'ancrage nématique est imposé par la couche de SiO.
Les inventeurs ont trouvé une première épaisseur critique lc de la couche 130 d'environ 30 A, correspondant à une concentration de PVMC de 0,25%.
Lorsque la couche de photo-polymère est proche de lc, ou légèrement supérieure, il est possible de moduler l'orientation φ azimutale de surface en changeant la durée t d'exposition aux UV.
De plus, dans la géométrie utilisée (P perpendiculaire à L), deux directions azimutales +φ et -φ, symétriques par rapport à l'axe y, équivalentes en matière d'énergie, sont obtenues. La figure 3 montre la dépendance mesurée entre l'angle azimutal φ et la durée d'exposition t aux UV. Des plages de valeurs expérimentales 20 sont représentées sous forme de segments verticaux, et une courbe 10 réalisée en traits pointillés a été tracée en utilisant l'expression :
R \ - e'tc l τ sin 2 φ(t) — (1 — ) Les valeurs de φ observées démarrent à partir de l'alignement selon P (axe des x) mais, dans les conditions expérimentales adoptées, semblent stagner à φ = φs = 0,175 rad = 10°. La correspondance entre la courbe théorique 10 et les données expérimentales 20 est assez bonne. En particulier, la durée critique estimée tc de l'ordre de 18,6 minutes, est proche de la valeur mesurée. La valeur assez élevée de tc indique que l'orientation du photopolymère sous photopolymérisation linéaire est un phénomène lent, au moins dans le cas d'une épaisseur de couche très faible sur un susbstrat anisotrope naissant. On peut donc décrire quantitativement les résultas expérimentaux par le modèle précédemment décrit, qui fait intervenir un terme élastique venant de la topographie de la couche de SiO et un terme anisotrope, du type Van der Waals, ayant trait à l'interaction photopolymère/nématique.
Au final, les inventeurs ont trouvé qu'avec une concentration de PVMC de 0,3%, qui définit une seconde longueur ls critique d'environ 100 A, l'alignement nématique correspond toujours à la direction L après exposition aux UV. Sans traitement aux UV, on obtient à partir de cette épaisseur une orientation primaire dégénérée du cristal liquide non critique.
Is et lc dépendent du matériau polymérique et de la rugosité de la couche de SiO anisotrope.
Ainsi, pour que les deux couches 120 et 130 aient toutes deux des effets d'alignement perceptibles sur les molécules nématiques de surface, l'épaisseur moyenne doit se situer dans le cas décrit ici entre 30 A et 100 A. En pratique, dans ce type d'assemblage de couches, une gamme d'épaisseurs de la couche de photopolymère donnant lieu à un tel résultat pourra avoir une limite inférieure lc de quelques dizaines d'Angstrôms et une limite supérieure ls de quelques centaines d'Angstrôms.
Les figures 4 et 5 sont deux photographies de plaque bistable. L'invention ne se limite pas au cas particulier des plaques à ancrages bistables ou quasi-bistables, mais s'étend au cas des plaques à ancrage contrôlé monostables. Ainsi, les inventeurs ont également réalisé des expérimentations dans le cas où l'angle entre P et L n'est pas perpendiculaire.
Les inventeurs ont choisi par exemple un angle d'environ 45° entre P et L. Ils ont trouvé dans ce cas également un changement dans l'angle φ qui évolue à partir de la direction P vers la direction L quand le temps d'exposition aux UV augmente, avec une épaisseur de photo-polymères comprise entre lc et ls.
Dans ce cas, cependant, un seul directeur de surface existe, qui est ainsi intermédiaire entre P et L. Plus précisément, les deux directions P et L découpant le plan de la plaque en quatre quadrants, la direction d'ancrage résultante part de la direction P et pivote vers la direction L lorsque la durée d'exposition aux UV augmente, en parcourant les deux quadrants opposés d'ouverture angulaire la plus faible. En d'autres termes, on peut obtenir toute direction angulaire comprise dans l'un des deux angles aigus compris entre les directions P et L.
La bistabilité de surface n'apparaît plus, indiquant que la symétrie des attracteurs d'ancrage est fondamentale pour obtenir une bistabilité du nématique de surface. D'une manière similaire à celle décrite précédemment, on met à profit la dépendance de la direction d'ancrage résultante en fonction de la durée d'exposition aux UV.
Cette possibilité de contrôler la direction d'un ancrage de type monostable est particulièrement utile dans tout type de cellule où l'on a besoin d'une plaque à ancrage monostable dont l'orientation est finement contrôlée.
Par ailleurs, au moyen d'une technique similaire, on peut aussi obtenir des ancrages quasi-bistables, à condition que le temps d'exposition t aux UV soit très court ou très long. L'affirmation selon laquelle on peut obtenir une quasi-bistabilité pour des temps très longs se fonde sur les publications de Chen et al. ([7]), selon lesquelles l'anisotropie du substrat du polymère 130 induite par l'exposition aux UV croît en partant d'une situation isotrope, atteint une valeur maximale et ensuite décroît.
Une possibilité d'obtenir un ancrage quasi-bistable est donnée, dans le cas précédemment décrit d'une couche de photo-polymère 130 sur un substrat anisotrope 120, par un alignement bistable très proche de celui du substrat inférieur 120.
De cette façon, il est possible d'obtenir des propriétés d'ancrage analogues à celles données par un substrat SiO très proche de la ligne idéale entre l'ancrage monostable planaire et l'ancrage incliné bistable. Le procédé selon l'invention pour obtenir des ancrages de cristaux liquides nématiques bistables, ou quasi-bistables est basé sur le concept de compétition d'ancrage entre deux sources d'alignement ayant des types d'interaction différents avec le matériau cristallin liquide.
Les ancrages bistables que l'on peut obtenir par ce procédé sont appropriés pour être utilisés dans un dispositif nématique bistable commandé flexo-électriquement (document PCT/FR91/00496, document WO92/00546, brevet US-5,357,358), dans un dispositif nématique bistable commandé par effet électro-chiral (document PCT/FR91/00052, document W091/11747) et dans tout autre dispositif électro-optique bistable basé sur la bistabilité de surface nématique.
Par ce procédé, des ancrages nématiques quasi-bistables planaires, comme ceux requis dans le dispositif du document Dispositif d'affichage bistable à base de cristaux liquides nématiques autorisant des teintes de gris peuvent aussi être obtenus. Bien que dans les expérimentations, les inventeurs ont utilisé un revêtement de SiO 120 déposé sous vide comme première couche d'alignement compétitive, la mise en oeuvre de l'invention ne requiert pas nécessairement un tel traitement. Tout autre substrat anisotrope sur lequel il est possible de déposer un second film anisotrope fin peut être utilisé. Des substrats mécaniquement frottés pourraient être de bons candidats à condition qu'une rugosité appropriée soit atteinte.
D'autre part, la seconde couche d'alignement compétitive est constituée par un film de revêtement organique 130 photo-polymérisé par UV (PVMC ou similaire), qui peut être pulvérisé ou appliqué par dépôt sur toumette sur le substrat de verre.
Ce film peut être substitué par tout autre film anisotrope suffisamment fin pour permettre la compétition d'ancrage. Bien que l'invention a été décrite ici dans le cas d'ancrages planaires, il est bien sûr possible grâce à un procédé conforme à l'invention de réaliser une plaque à ancrages obliques.
On pourra par exemple pour cela réaliser une exposition du film de photopolymère sous une lumière UV dont le faisceau incident est oblique par rapport à la normale au plan de la plaque.
La possibilité d'un premier substrat, n'influençant pas le nématique, sur lequel deux films superposés ou plus, anisotropes, avec différents attracteurs d'ancrage et avec une épaisseur appropriée pour permettre la compétition d'ancrage, a également été envisagée. On pourra plus généralement envisager un nombre quelconque de couches isotropes, disposées sous les deux couches anisotropes superposées en question.
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[12] F. Heslot, A.M. Cazabat, P. Levinson et N. Fraysse, Phys. Rev. Lett, 65, (1990), 559.
[13] A.L. Alexe-lonescu et al., Phys. Rev. E, 49, 5354 (1994).
[14] S.P.Palto, S.G.Yudin, C.Germain et G.Durand, J.Phys.ll France vol.5 (1995) p.133

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule à cristaux liquides comprenant au moins une plaque (100) à ancrage contrôlé, caractérisée en ce que la plaque comprend au moins deux couches (120, 130) superposées ayant chacune un effet d'alignement sur les molécules nématiques (150) se trouvant au voisinage d'une même surface (133) de la plaque (100), ces deux couches (120, 130) n'ayant pas la même direction d'alignement (P, L).
2. Cellule selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'une des couches (130) a un effet d'alignement de type forces de Van der
Waals.
3. Cellule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites directions d'alignement (P, L) sont perpendiculaires l'une à l'autre.
4. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première couche (120) a un effet d'alignement de nature élastique et en ce que la seconde couche (130) a un effet d'alignement de type forces de Van der Waals.
5. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que la deuxième couche (130) est disposée plus proche du cristal nématique (150) que la première couche (120).
6. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première couche (120) est une couche de SiO anisotrope.
7. Cellule selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche de SiO (120) présente des variations d'altitude (A) en surface de l'ordre de quelques dizaines d'Angstrôms.
8. Cellule selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche de SiO (120) est déposée sur un substrat isotrope (110).
9. Cellule selon la revendication 8, caractérisée en ce que le substrat isotrope (110) est un verre ITO conductif.
10. Cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde couche (130) est une couche de photopolymère.
11. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les couches superposées définissent un ancrage bistable ou quasi-bistable.
12. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les couches superposées définissent un ancrage monostable.
13. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les couches superposées définissent un ancrage planaire.
14. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les couches superposées définissent un ancrage oblique.
15. Procédé de réalisation d'une plaque (100) à ancrage contrôlé sur sa face supérieure (133), caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) réalisation d'une première couche (120) apte à produire un premier effet d'alignement sur sa face supérieure (123) selon une première direction (P) ; b) dépôt sur cette première couche (120) d'une seconde couche (130) apte à produire, éventuellement après un traitement supplémentaire, un second effet d'alignement sur sa face supérieure (133) selon une seconde direction (L) différente de la première direction (P), la seconde couche (130) étant apte à transmettre sur sa surface supérieure (133) une partie du premier effet d'alignement induit par la première couche (120).
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape a) consiste à déposer sur un substrat isotrope (110) une couche de SiO (120) par dépôt sous vide à un angle non nul par rapport à la normale à la surface du substrat isotrope (110).
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'étape b) consiste à déposer une couche de photopolymère (130).
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le photopolymère (130) est déposé selon une épaisseur moyenne comprise entre quelques dizaines et quelques centaines d'Angstrôms.
19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que ledit traitement supplémentaire consiste en une photopolymérisation sous lumière ultra-violet polarisée.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la lumière UV est polarisée de manière à induire une attraction d'ancrage selon une direction (L) perpendiculaire à la direction d'alignement (P) induite par ladite première couche (120).
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'exposition aux UV est suffisamment brève pour que la face supérieure de la plaque (100) présente des directions d'ancrage résultantes () orientées par rapport à la direction de l'effet d'alignement (P) induit par la première couche (120) selon un angle inférieur à 10°.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 21 , caractérisé en ce que l'on choisit une épaisseur de la couche de photopolymère (130) comprise entre une épaisseur minimale (lc) au- dessous de laquelle la couche de photopolymère (130) est sans effet sur l'orientation nématique, quelle que soit la durée d'exposition aux UV, et inférieure à une épaisseur maximale (ls) au delà de laquelle l'effet d'alignement de ladite première couche (120) est toujours imperceptible, quelle que soit la durée d'exposition aux UV polarisés.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 317 (P - 1073) 9 July 1990 (1990-07-09) *
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