WO2008125489A1 - Procede de fabrication d'une cellule electro-optique a base de psflc et/ou psaflc, cellule electro-optique, dispositif et casque correspondants - Google Patents

Procede de fabrication d'une cellule electro-optique a base de psflc et/ou psaflc, cellule electro-optique, dispositif et casque correspondants Download PDF

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WO2008125489A1
WO2008125489A1 PCT/EP2008/053910 EP2008053910W WO2008125489A1 WO 2008125489 A1 WO2008125489 A1 WO 2008125489A1 EP 2008053910 W EP2008053910 W EP 2008053910W WO 2008125489 A1 WO2008125489 A1 WO 2008125489A1
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WO
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gel
cell
mixture
smectic
blades
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/053910
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Inventor
Bertrand Caillaud
Laurent Dupont
Jean-Louis De Bougrenet De La Tocnaye
Pascal Gautier
Aline Guenot
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Groupe Des Ecoles Des Telecommunications/Ecole Nationale Superieure Des Telecommunications De Bretagne
Lixys
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13775—Polymer-stabilized liquid crystal layers

Definitions

  • the invention relates to the field of the design and production of optical components using liquid crystal materials and more particularly but not exclusively shutters.
  • the invention finds particularly, but not exclusively, its application for the realization of shutters for helmets used to perform any arc welding operations or for the realization of shutter for intense lasers, or anti-radiation systems. glare.
  • WOO 122906 discloses welding protection devices including standard liquid crystal (a nematic liquid crystal).
  • Such materials based on liquid crystals constitute materials whose optical properties, and in particular birefringence, can be modified by applying an electric field to them.
  • headsets are switchable, that is to say that their shutter is triggered by an external optical signal (for example by triggering the arc).
  • Such liquid crystal optical shutters can observe at least two states, namely at least one said passing state, according to which they let the light pass and a closed or blocking state, according to which it does not let the light pass or according to which they let only a small part of it.
  • the liquid crystal material they contain In order to perform their function properly, the liquid crystal material they contain must have a number of characteristics.
  • this material In the first place, this material must have good extinction in the visible range considered. For example, for the production of welding helmets, this extinction must be equal to or greater than 30 dB, in the visible band considered, namely 450 to 750 nm.
  • this extinction in the passing state or states must not be greater than 3 dB maximum in the visible band considered.
  • this optical pupil must be at least equal to 1 cm 2 in the case of a square pupil, or have a diameter of at least 1.5 cm in the case of a circular pupil.
  • Such materials should advantageously have response times (otherwise called switching time) for fast shutter and preferably less than one millisecond for operation in stroboscopic mode over the target temperature range.
  • Such optical shutters will also have good impact resistance, since they will be used under relatively difficult conditions and for the same reason have a range of operation over relatively wide temperature ranges. For example in the case of the realization of welding helmets, the optical shutter must at least operate in a temperature range between -5 and 55 ° C.
  • optical shutters using nematic liquid crystal materials and other shutters using smectic liquid crystal materials are known.
  • shutters based on smectic or nematic PDLC (“Polymer dispersed liquid crystal”).
  • PDLCs consist of the combination of at least one liquid crystal (nematic or smectic) and polymer (s).
  • the effect used is then a diffusion effect (selective attenuation by diffusion more or less important). It is therefore not necessary to have in this case polarizers and / or cross analyzers.
  • optical shutters using liquid crystal-based materials known in the state of the art have a number of drawbacks diminishing their interest for certain applications such as, in particular, the realization of arc welding helmets. .
  • nematic liquid crystals and the nematic liquid crystal PDLCs have poor relaxation times of the order of a few tens of milliseconds that are incompatible with stroboscopic operation, related to the use of certain electric arc regimes.
  • Smectic liquid crystals are faster than nematic but have specific defects on large pupils and are more fragile. They can also be used only in low thicknesses.
  • One way to prevent defect formation is to use Polymer Stabilized Liquid Crystal (PSLC) stabilization without compromising response (or switching) times. quick smectics (PSFLC or PSAFLC).
  • PSLC Polymer Stabilized Liquid Crystal
  • PSFLC quick smectics
  • PSFLC or PSAFLC are, like the PDLCs, constituted by the combination of liquid crystal and polymer but differ from them in that the polymer is not encapsulated in the form of droplets. In PSFLC
  • liquid crystal and polymer form a composite gel in which the liquid crystal phase is interconnected.
  • the PSFLC (or PSAFLC) structures have different characteristics depending on the polymer content of the mixture. For high concentrations,
  • FIGS. 1A-1C diagrams illustrating a conventional manufacturing process of a cell 100 based on a thickness of PSFLC material 101 between a first 102 and a second 103 optically transparent blade (for example glass).
  • This cell is for example manufactured to make a shutter.
  • a first step (illustrated by Figure IA), heating a mixture of 1010 smectic liquid crystal and monomer (the monomer content is such that a gel can be formed) at a temperature T n e atic beyond from which it passes from the smectic phase C * (in which it is at ambient temperature) to the nematic phase according to which, as shown in FIG. 1A, the monomer molecules 1011 and the liquid crystal molecules 1012 are substantially oriented in the plane of the first and second optically transparent blades 102, 103.
  • a conventional ultraviolet (UV) irradiation of the aforementioned mixture 1010 is carried out in order to polymerize the monomer and thus obtain a thickness of PSFLC. 101 in the nematic phase.
  • UV ultraviolet
  • a third step (illustrated in Figure IC), is cooled to 100 T cell n e atic at room temperature and thus the PSFLC 101 passes from its nematic phase with its smectic phase in which it is organized the
  • the cell is placed between polarizers and / or crossed analyzers (not shown in FIGS. 1A-1C).
  • This structure when it is applied an electric field 120 to switch the PSFLC 101, changes.
  • This modification is characterized by a straightening of the smectic layers 1013 in the thickness of the cell 100 accompanied by an inclination in the other direction (FIG. 2D). This inclination is equivalent to a corrugation of the layers in the plane of the first 102 and second 103 blades.
  • This change of structure induces the formation of a diffraction grating 130 diffracting in the plane of the first 102 and second 103 blades of the cell 100 accompanied by parasitic scattering which can be troublesome or see as crippling for a number of applications, in particular in which are placed strong illuminations of the cell 100, for example in the case of producing a shutter for arc welding helmet (or for an intense laser).
  • this diffraction grating 130 (diffracting in the plane of the blades of the cell 100) generates, from the main light beam incident on the first blade 102 of the cell 100 and coming from the intense light source. (Welding arc or intense laser), a secondary beam which is derived from the second blade 103 and, for example, which dazzles the user of the arc welding helmet.
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • an object of the invention in at least one of its embodiments, is to provide a technique which makes it possible to reduce the effects due to the diffraction diffraction grating in the plane of a composite gel-based cell.
  • liquid crystal and polymer such as PSFLC and / or PSAFLC, especially in the case where the cell is included in an optical shutter.
  • Another objective of the invention in at least one of its embodiments, is to provide such a technique that makes it possible to reduce the effects of defects specific to the implementation of liquid crystals in the smectic phase in such a cell.
  • the invention in at least one of its embodiments, still aims to provide such a technique that is simple to implement and for a low cost.
  • an electro-optical cell comprising two blades of optically transparent material and at least a thickness of a composite gel based on smectic liquid crystal and polymer provided between said blades, said gel being in a smectic phase at ambient temperature, said process comprising the following steps: introducing between said blades of a ferroelectric type smectic liquid crystal mixture and / or smectic liquid crystal of antiferroelectric type and a monomer, the monomer content of which is between 5 and 25% by weight; heating at a temperature above the transition temperature between the smectic phase and the nematic phase of the mixture so that the mixture is in the nematic phase; irradiating the mixture with ultraviolet radiation in order to polymerize the monomer and thereby obtain said gel.
  • the manufacturing method is such that during said insolation step, an electric or magnetic field is applied to the mixture
  • the general principle of the invention consists in applying an electric field (or a magnetic field) to a smectic liquid crystal mixture in the nematic / monomer temperature phase during the insolation thereof in the context of the production of a a cell based on a PSFLC and / or PSAFLC material so that the resulting composite material (gel) is organized as a plurality of smectic layers, each being inclined at an angle CC relative to the normal to the plane of the cell (or blades of the cell).
  • these smectic layers do not form a chevron structure and / or stripes.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to reduce the phenomenon of generating a secondary beam resulting from the shutter , the secondary beam being generated from a main light beam incident on the shutter and coming from an intense light source (for example a soldering arc). Furthermore, the inclination of the PSFLC layers at a DC angle to the plane of the blade cell reduces the main defects of the PSFLC and / or PSAFLC polymer matrix.
  • the method comprises a step of selecting a given amplitude value of the electric or magnetic field applied to the mixture so that the gel is organized in the form of a plurality of smectic layers, each being inclined at an angle CC given in relation to the plane of the blades.
  • the monomer content of the mixture is between 10% and 15% by weight.
  • This weight range of monomer content makes it possible to obtain a gel with optimized properties.
  • this fork ensures the production of a gel with few defects and which is robust.
  • the invention also relates to an electro-optical cell comprising two blades of optically transparent material and at least one thickness of a composite gel based on smectic liquid crystal and polymer provided between said blades, said gel being in a smectic phase at temperature. room.
  • the gel is organized in the form of a plurality of smectic layers, each being inclined at an angle CC relative to the normal to the plane of the blades.
  • the angle is previously adjusted according to an amplitude of an electric or magnetic field applied to the gel during a prior exposure of the gel.
  • the monomer content of the gel is between 10 and 15% by weight.
  • the invention also relates to an electro-optical closure device comprising at least one electro-optical cell obtained by means of the manufacturing method as previously described.
  • the invention also relates to a helmet for arc welding equipped with at least one closure device comprising at least one electro-optical cell obtained by means of the manufacturing method as previously described. 5. List of figures
  • FIGS. IC illustrate first (FIG. 1A), second (FIG. 1B) and third (FIG. 1C) steps of a conventional manufacturing method of a cell, for example a shutter, based on a thickness of PSFLC material between first and second optically transparent blades;
  • FIGS. 2A to 2D illustrate the influence of an angle between the director and the normal to the layers (FIG. 2A) of the thickness of the PSFLC of FIG. 1 on the compression of the layers of the PSFLC generating a double inclination of the layers which form a chevron structure (FIGS.
  • FIG. 3 is a diagram of an electropoptive closure device comprising a PSFLC cell according to a particular embodiment of the invention
  • FIGS. 4A to 4C illustrate first (FIG. 4A), second (FIG. 4B) and third (FIG. 4C) steps of a manufacturing method according to the particular embodiment of the invention of the cell based on the thickness. of PSFLC material between the first and second optically transparent blades
  • FIG. 5 is a diagram of the smectic PSFLC cell on which are represented the PSFLC layers which are inclined at an angle CC with respect to the normal to the plane of the first and second blades
  • FIGS. 7A to 71 show images of the diffraction pattern RX obtained by transmission through the cell 400 according to the particular embodiment of the invention respectively for values of angles of incidence ⁇ of 0 °, 5 °, 10 °, 15 °, 25 °, 35 °, 45 °, -15 ° and -25 °. 6. Description of an embodiment of the invention
  • FIG. 3 a diagram of an electro-optical closure device 40 according to a particular embodiment of the invention is presented.
  • This closure device 40 equips for example a helmet for arc welding, it can however be included in any other equipment requiring for example the protection of a light-sensitive material or also in a shutter device for intense laser beam.
  • the cell 400 according to the particular embodiment of the invention equips a closure device, however, of course, the cell 400 may be used in any other application such as, for example to realize a display device.
  • This closure device 40 comprises a cell 400 (obtained by means of the method described hereinafter with reference to FIGS. 4A to 4C) including a first 402 and a second 403 optically transparent blades (of course, according to variants of this mode particular embodiment, the shutter device
  • each cell 40 can comprise several cells and each cell can be made with blades of any material such as glass, an optically transparent plastic, etc.), for example, coated with a polarizing film cutting the wavelengths less than 450 nm and greater than 750 nm and a polarizing film (in dichroic material).
  • the first 402 and second 403 optically transparent blades of the cell 400 define a space accommodating a thickness of PSFLC 401 according to the particular embodiment of the invention.
  • the thickness of PSFLC 401 between the blades of the cell is approximately 2 ⁇ m.
  • the PSFLC 401 of the closure device 40 consists of a mixture of the liquid crystals Felix 015/100 (registered trademark) and the polymer obtained by the polymerization of the monomer RM257 (brand filed) as cited in French Patent Application No. 06/04153.
  • the PSFLC 401 forms a composite gel based on smectic liquid crystal and polymer.
  • the weight range of selected polymer content (between 5% and 25%) makes it possible to obtain a material with optimized properties.
  • the cell 400 cooperates with a pair of polarizers mounted in "crossed polarizers" and hereinafter referred to as polarizer 412 and analyzer 413.
  • FIGS. 4A to 4C show diagrams illustrating a manufacturing method according to the particular embodiment of the invention of the cell 400 based on the thickness of PSFLC material 401 between the first 402 and second 403 optically transparent slides.
  • a mixture of 050/100 Felix smectic liquid crystals and monomer RM257 (with a monomer content of 10% by weight) is heated to a temperature of
  • transition temperature (e.g., 70 0 C) higher than the transition temperature (T n e matic) between the smectic phase and the nematic phase of the mixture.
  • the mixture passes from the smectic phase (in which it is at ambient temperature) to the nematic phase according to which, as illustrated by FIG. 4A, the monomer molecules 4011 and the liquid crystal molecules 4012 are substantially oriented in the plane of the first and second optically transparent plates 402, 403.
  • T atic NMS transition temperature between the smectic phase and the nematic phase
  • UV ultraviolet
  • an electric (or magnetic) field for example an electric field 4000, of a value of 3V / ⁇ m is applied between a first electrode 421 (for example made under the form of a layer of ITO deposited on the first optically transparent plate 402 on the inner side of the cell 400) at the level of the first optically transparent plate 402 and a second electrode 422 (for example in the form of a layer of ITO deposited on the second optically transparent plate 403 on the inner side of the cell 400) at the level of the second optically transparent plate 403.
  • a third step illustrated in FIG.
  • the cell 400 of T nemetic at ambient temperature and thus the PSFLC 401 moves from its nematic phase to its smectic phase in which it is organized in the form of smectic layers 4013.
  • the shutter In order to finalize the shutter, it is placed e the cell 400 between the polariser 412 and cross analyzer 413 crossed above.
  • FIG. 5 shows a diagram of the cell 400 in the smectic phase (for example at ambient temperature) on which are represented the smectic layers 4013 of the PSFLC 401 which are inclined at an angle CC with respect to the normal to the plane of the first 402 and second 403 blades (unlike the case of the conventional manufacturing method of Figures 2A to 2C in which no electric field (magnetic) is applied to the cell during the insolation step and according to which the smectic layers 1013 are parallel to the normal plane of the first 102 and second 103 blades).
  • the application of an electric field to switch the PSFLC 401 does not lead (or at least reduce), in the case of the cell 400 according to the particular embodiment of the invention, to a recovery of the smectic layers 4013 in the thickness of the cell 400 which would lead to a ripple of the smectic layers in the plane of the first 402 and second 403 blades
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to reduce the phenomenon of generation of a secondary beam coming from the shutter, the secondary beam being generated from a main light beam incident on the shutter and coming from an intense light source (for example a soldering arc).
  • an intense light source for example a soldering arc.
  • the inclination of the smectic layers 4013 of the PSFLC 401 by an angle CC with respect to the normal plane of the first 402 and second 403 blades makes it possible to reduce the main defects of the polymer matrix of the
  • FIGS. 6A and 6B show images representing the light transmitted respectively by the cell 100 obtained by the aforementioned conventional method (FIG. 6A) and by the cell 400 obtained by the method according to FIG. particular embodiment of the invention ( Figure 6B) when these cells are in the blocking state and are illuminated by a main beam of white light. It can be seen in the image relating to the conventional cell 100 (FIG. 6A) that in addition to the task corresponding to the small part of the main beam transmitted by the cell 100 in the blocking state, two tasks on either side of that relating to the main beam can be noticed.
  • FIG. 6B shows that, in the case of this cell 400, it is not generated by diffraction grating in the plane of the first 102 and second 103 slides of the cell 400.
  • an X-ray diffraction characterization (the principle of which is explained in the appendix) of the structure of the PSFLC 401 thickness of the cell 400 was implemented in order to verify the absence of a diffractive diffraction grating in one direction. normal to the plane of the first 102 and second 103 slides of the cell 400.
  • the X-ray diffraction on the cell 400 makes it possible to evaluate the conformation of the smectic layers 4013 in the presence of the polymer network to better interpret the specificities of the EO response of the thickness of PSFLC 401.
  • Curves (not shown) measuring the intensity transmitted as a function of the radial coordinate at the level of the cell 400 can easily be deduced from the width of the smectic layers 4013 of the cell 400 since the value of the parameter q (see appendix) at the level of the diffraction peak is related to the thickness of layers 4013 by the following relation:
  • images of the diffraction pattern RX obtained by transmission through the cell 400 according to the mode are presented.
  • particular embodiment of the invention respectively for angles of incidence values ⁇ of 0 °, 5 °, 10 °, 15 °, 25 °, 35 °, 45 °, -15 ° and -25 °.
  • FIGS. 7A to 71 it can be seen from FIGS. 7A to 71 that in the case of the cell 400 according to the particular embodiment of the invention (and contrary to the case of the conventional cell 100) there are only two diffraction tasks whose intensity increases as the rotation marked by the angle of incidence ⁇ of the cell 400 in the positive direction and becomes zero in the negative direction.
  • the observation of two diffraction spots more and more marked with the rotation of the cell 400 shows an inclination of the smectic layers 4013.
  • the disappearance of Bragg reflection for the values of the angle of incidence ⁇ negative highlights the existence of a orientation of the unidirectional layers 4013 imposed by the electric field 4000 during the insolation and the disappearance of the chevron structure.
  • the cell 400 In the context of obtaining these images (FIGS. 7A to 71) of the diffraction pattern RX obtained by transmission through the cell 400, the cell 400 is exposed to a beam of monochromatic and parallel RX rays of wavelength. 1.5418 a corresponding to the line a copper anticathode.
  • Figure 1 X-ray diffraction on two planetary planes.
  • the diffraction pattern can be deduced from the intersection of a sphere called the Ewald sphere with the reciprocal network of the material.
  • the reciprocal network is an "artificial" structure directly connected to the real network of the material by a simple change of base.
  • the Ewald sphere is centered at the point of incidence of the beam on the cell and its radius is 1/1 (see Figure 2).
  • Figure 2 Representation of the Ewald sphere.
  • each diffraction task corresponds to orientations of q on the sphere.
  • Ono also serves as the dimensions of
  • K incident Kdiffrc are very small in front and this allows to assimilate the sphere at the intersections to a plane. This schematization makes it easier to interpret the diffraction patterns obtained.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule électro-optique (400) comprenant deux lames (402, 403) de matériau optiquement transparent et au moins une épaisseur d'un gel composite à base de cristal liquide smectique et de polymère prévu entre lesdites lames, ledit gel étant dans une phase smectique à température ambiante, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : introduction entre lesdites lames (402, 403) d'un mélange (4010) de cristal liquide smectique de type ferroélectriques et/ou de cristal liquide smectique de type antiferroélectriques et d'un monomère, dont la teneur en monomère est comprise entre 5 et 25% en masse; chauffage à une température supérieure à la température de transition entre la phase smectique et la phase nématique du mélange (4010) afin que le mélange soit en phase nématique; insolation, à l'aide d'un rayonnement ultraviolet, du mélange (4010) afin de faire polymériser le monomère et ainsi obtenir ledit gel (401). Selon l'invention, un tel procédé est tel que lors de ladite étape d'insolation, un champ électrique ou magnétique est appliqué au mélange.

Description

Procédé de fabrication d'une cellule électro-optique à base de PSFLC et/ou PSAFLC, cellule électro-optique, dispositif et casque correspondants.
1. Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine de la conception et de la réalisation de composants optiques mettant en œuvre des matériaux à base de cristaux liquides et plus particulièrement mais non exclusivement d'obturateurs.
L'invention trouve tout particulièrement, mais non exclusivement, son application pour la réalisation d'obturateurs pour casques utilisés pour pratiquer toutes opérations de soudure à l'arc ou pour la réalisation d'obturateur pour lasers intenses, ou de systèmes d'anti-éblouissement.
2. Art Antérieur
II a été proposé dans l'état de la technique de pourvoir les casques de soudure à l'arc d'obturateur mettant en œuvre des matériaux à base de cristaux liquides équipant la partie de casque rabattable sur le visage. Notamment WOO 122906 décrit des dispositifs de protection pour soudure incluant du cristal liquide standard (un cristal liquide nématique).
De tels matériaux à base de cristaux liquides constituent des matériaux dont on peut modifier les propriétés optiques et notamment la biréfringence en leur appliquant un champ électrique. En insérant de tels matériaux à base de cristaux liquides dans une ou plusieurs cellules, placée entre des polariseurs et/ou des analyseurs croisés, on obtient des obturateurs pouvant être commandés par une tension.
Ces casques sont commutables, c'est-à-dire que leur obturation est déclenchée par un signal optique externe (par exemple par déclenchement de l'arc).
De tels obturateurs optiques à base de cristal liquide peuvent observer au moins deux états, à savoir au moins un état dit passant, selon lequel ils laissent passer la lumière et un état obturé ou bloquant, selon lequel il ne laisse pas passer la lumière ou selon lequel ils ne laissent passer qu'une faible partie de celle-ci. Afin de remplir correctement leur fonction, le matériau à base de cristal liquide qu'ils contiennent doit présenter un certain nombre de caractéristiques.
En premier lieu, ce matériau doit présenter une bonne extinction dans le domaine visible considéré. Par exemple, pour la réalisation de casques à soudure, cette extinction devra être égale ou supérieure à 30 dB, dans la bande visible considérée, à savoir 450 à 750 nm.
Par contre, dans le ou les états passants, il ne devra pas provoquer une extinction trop importante. Toujours dans l'exemple de la réalisation des casques à soudure, cette extinction dans le ou les états passants ne doit pas être supérieure à 3 dB maximum dans la bande visible considérée.
Un tel matériau doit de plus, pour de nombreuses applications, pouvoir être prévu sur une surface relativement grande. Dans l'exemple de la réalisation des casques pour la soudure à l'arc, cette pupille optique devra au moins être égale à lcm2 dans le cas d'une pupille carrée, ou avoir un diamètre d'au moins 1,5 cm dans le cas d'une pupille circulaire.
On notera également que de tels matériaux doivent avantageusement présenter des temps de réponse (autrement appelé temps de commutation) pour l'obturation rapide et de préférence inférieure à la milliseconde pour un fonctionnement en mode stroboscopique sur la gamme de température visée. De tels obturateurs optiques devront aussi présenter une bonne résistance aux chocs, puisqu'ils seront utilisés dans des conditions relativement difficiles et pour cette même raison présenter une gamme de fonctionnement sur des gammes de températures relativement larges. Par exemple dans le cas de la réalisation de casques à soudure, l'obturateur optique devra au moins fonctionner dans une gamme de températures comprises entre -5 et 55°C.
Il existe dans l'état de la Technique différents dispositifs d'obturation optique. Outre les obturateurs purement mécaniques, qui permettent des obturations totales mais sont lents, coûteux et souvent encombrants, on connaît des obturateurs utilisant l'effet électro-optique ou magnéto-optique. La plupart utilisant l'effet électro-optique en mettant en œuvre, par exemple, des matériaux à base de cristaux liquides qui sont les moins coûteux. La qualité du contraste est liée aux caractéristiques du matériau à base de cristaux liquides, aux polariseurs et au nombre de cellules de matériaux à base de cristaux liquides cascadées.
Ainsi on connaît des obturateurs optiques mettant en œuvre des matériaux à base de cristaux liquides nématiques et d'autres obturateurs mettant en œuvre des matériaux à base de cristaux liquides smectiques.
On connaît aussi des obturateurs à base de PDLC (« Polymer dispersed liquid crystal ») smectique ou nématique. De tels PDLC sont constitués par l'association d'au moins un cristal liquide (nématique ou smectique) et de polymère(s). L'effet utilisé est alors un effet de diffusion (atténuation sélective par diffusion plus ou moins importante). Il n'est donc pas nécessaire de disposer dans ce cas de polariseurs et/ou d'analyseurs croisés.
Toutefois, les obturateurs optiques mettant en œuvre des matériaux à base de cristaux liquides connus dans l'état de la technique présentent un certain nombre d'inconvénient diminuant leur intérêt pour certaines applications telles que notamment, la réalisation de casques de soudure à l'arc.
Les cristaux liquides nématiques et les PDLC à base de cristaux liquides nématiques présentent des temps de relaxation médiocres de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes incompatibles avec un fonctionnement en mode stroboscopique, lié à l'utilisation de certains régimes d'arcs électriques.
Les cristaux liquides smectiques (ferroélectriques FLC ou antiferroélectrique AFLC) sont plus rapides que les nématiques mais présentent des défauts spécifiques sur des grandes pupilles et sont plus fragiles. Ils ne peuvent en outre être utilisés que sous des épaisseurs faibles. Une façon de prévenir la formation de défauts consiste à utiliser la stabilisation par un gel polymère (PSLC pour « Polymer Stabilized Liquid Crystal » ou PSAFLC pour « Polymer Stabilized Anti-ferroelectric Liquid Crystal ») sans hypothéquer les temps de réponse (ou de commutation) rapides des smectiques (PSFLC ou PSAFLC). Les PSFLC ou PSAFLC sont, comme les PDLC, constitués par l'association de cristal liquide et de polymère mais diffèrent de ceux-ci par le fait que le polymère n'y est pas encapsulé sous forme de gouttelettes. Dans les PSFLC
(ou PSAFLC), cristal liquide et polymère forment un gel composite dans lequel la phase cristal liquide est interconnectée.
Les structures PSFLC (ou PSAFLC) présentent des caractéristiques différentes selon le taux de polymère du mélange. Pour de fortes concentrations
(supérieures à 10% en masse de polymère) c'est la structure du réseau de polymère qui agit de façon prépondérante sur les caractéristiques du cristal liquide.
On présente, en relation avec les figures IA à IC, des schémas illustrant un procédé de fabrication classique d'une cellule 100 à base d'une épaisseur de matériau PSFLC 101 comprise entre une première 102 et une seconde 103 lame optiquement transparentes (par exemple en verre). Cette cellule est par exemple fabriquée pour réaliser un obturateur.
Dans une première étape (illustrée par la figure IA), on chauffe un mélange 1010 de cristaux liquides smectiques et de monomère (dont la teneur en monomère est telle qu'un gel puisse se former) à une température Tnématique au delà de laquelle il passe de la phase smectique C* (dans laquelle il se trouve à température ambiante) à la phase nématique selon laquelle, tel qu'illustré par la figure IA, les molécules de monomère 1011 et les molécules de cristal liquide 1012 sont sensiblement orientées dans le plan des première et seconde lames optiquement transparentes 102, 103.
Puis, dans une seconde étape (illustrée par la figure IB), on réalise une insolation classique, à l'aide d'un rayonnement ultraviolet (UV), du mélange 1010 précité afin de faire polymériser le monomère et ainsi obtenir une épaisseur de PSFLC 101 en phase nématique.
Puis, dans une troisième étape (illustrée par la figure IC), on fait refroidir la cellule 100 de Tnématique à la température ambiante et ainsi le PSFLC 101 passe de sa phase nématique à sa phase smectique selon laquelle il est organisé sous la forme de couches smectiques 1013. Afin de finaliser l'obturateur, on place la cellule entre des polariseurs et/ou des analyseurs croisés (non représentés sur les figures IA à IC).
Tel qu'illustré par les figures 2A à 2D, en phase smectique (par exemple après que la cellule 100 soit redescendue à la température ambiante lors de la troisième étape précitée), l'apparition d'un angle entre le directeur n (direction de l'ensemble des molécules de cristal liquide) et la normale A aux couches smectiques 1013 (figure 2A) de la cellule 100 (les couches 1013 adoptant, lors de l'entrée en phase smectique, une disposition selon laquelle elles sont parallèles à la normale au plan des première 102 et seconde 103 lames) ainsi obtenue entraîne une compression des couches 1013. En géométrie confinée, cette compression des couches smectiques 1013 s'exprime par une double inclinaison de ces couches smectiques qui forme une structure en chevron (figures 2B-2C) et/ou en stripes (figure 2D). Cette structure, quand on lui applique un champ électrique 120 pour commuter le PSFLC 101, se modifie. Cette modification se caractérise par un redressement des couches smectiques 1013 dans l'épaisseur de la cellule 100 accompagnée d'une inclinaison dans l'autre direction (figure 2D). Cette inclinaison est équivalente à une ondulation des couches dans le plan des première 102 et seconde 103 lames.
Ce changement de structure induit la formation d'un réseau de diffraction 130 diffractant dans le plan des première 102 et seconde 103 lames de la cellule 100 accompagné de diffusion parasite qui peut être gênant voir rédhibitoire pour nombre d'applications, notamment dans lesquelles sont mises en œuvre de fortes illuminations de la cellule 100, par exemple dans le cas de la réalisation d'un obturateur pour casque de soudure à l'arc (ou pour un laser intense).
En effet, ce réseau de diffraction 130 (diffractant dans le plan des lames de la cellule 100) génère, à partir du faisceau lumineux principal incident sur la première lame 102 de la cellule 100 et provenant de la source lumineuse intense (arc à souder ou laser intense), un faisceau secondaire qui est issu de la seconde lame 103 et, par exemple, qui éblouit l'utilisateur du casque de soudure à l'arc.
Ainsi, dans le cas du casque de soudure à l'arc, la présence de défauts spécifiques à la mise en œuvre de cristaux liquides en phase smectique (C*) aussi bien que l'existence de structures régulières diffractantes et diffusantes (dues notamment aux couches d'alignement, chaînes polymériques, défauts) peut nuire au confort visuel de l'utilisateur.
3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une technique qui permette de réduire les effets dus au réseau de diffraction diffractant dans le plan d'une cellule à base de de gel composite cristal liquide et de polymère (tel que les PSFLC et/ou PSAFLC), notamment dans le cas où la cellule est comprise dans un obturateur optique.
Un autre objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une telle technique qui permette de réduire les effets des défauts spécifiques à la mise en œuvre de cristaux liquides en phase smectique dans une telle cellule.
L'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, a encore pour objectif de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre et pour un faible coût.
4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de fabrication d'une cellule électro -optique comprenant deux lames de matériau optiquement transparent et au moins une épaisseur d'un gel composite à base de cristal liquide smectique et de polymère prévu entre lesdites lames, ledit gel étant dans une phase smectique à température ambiante, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : introduction entre lesdites lames d'un mélange de cristal liquide smectique de type ferroélectriques et/ou de cristal liquide smectique de type antiferroélectriques et d'un monomère, dont la teneur en monomère est comprise entre 5 et 25% en masse ; - chauffage à une température supérieure à la température de transition entre la phase smectique et la phase nématique du mélange afin que le mélange soit en phase nématique ; insolation, à l'aide d'un rayonnement ultraviolet, du mélange afin de faire polymériser le monomère et ainsi obtenir ledit gel. Selon l'invention, le procédé de fabrication est tel que lors de ladite étape d'insolation, un champ électrique ou magnétique est appliqué au mélange.
Le principe général de l'invention consiste à appliquer un champ électrique (ou un champ magnétique) à un mélange cristal liquide smectique en phase de température nématique / monomère lors de l'insolation de celui-ci dans le cadre de la réalisation d'une cellule à base d'un matériau PSFLC et/ou PSAFLC afin que le matériau (gel composite) résultant soit organisé sous la forme d'une pluralité de couches smectiques, chacune étant inclinée d'un angle CC par rapport à la normale au plan de la cellule (ou des lames de la cellule).
Ainsi, il ne se produit plus de double inclinaison de ces couches smectiques et a fortiori, ces couches smectiques ne forment pas une structure en chevron et/ou en stripes.
Ainsi, l'application d'un champ électrique pour commuter le PSFLC et/ou PSAFLC de la cellule ne génère plus de réseau de diffraction diffractant dans le plan des lames de la cellule (ou plan de la cellule). Ainsi, par exemple dans le cas de la réalisation d'un obturateur à partir d'une cellule selon l'invention, le procédé de fabrication selon l'invention permet de réduire le phénomène de génération d'un faisceau secondaire issu de l'obturateur, le faisceau secondaire étant généré à partir d'un faisceau lumineux principal incident sur l'obturateur et provenant d'une source lumineuse intense (par exemple un arc à souder). Par ailleurs, l'inclinaison des couches du PSFLC d'un angle CC par rapport à la normale au plan de la cellule lames permet de réduire les principaux défauts de la matrice de polymère du PSFLC et/ou PSAFLC.
Préférentiellement, le procédé comprend une étape de sélection d'une valeur d'amplitude donnée du champ électrique ou magnétique appliqué au mélange de sorte que le gel soit organisé sous la forme d'une pluralité de couches smectiques, chacune étant inclinée d'un angle CC donné par rapport à la normale au plan des lames.
Préférentiellement, la teneur en monomère du mélange est comprise entre 10% et 15% en masse. Cette fourchette pondérale de teneur en monomère permet d'obtenir un gel à propriétés optimisées. Notamment cette fourchette assure l'obtention d'un gel présentant peu de défauts et qui est robuste.
L'invention concerne également une cellule électro-optique comprenant deux lames de matériau optiquement transparent et au moins une épaisseur d'un gel composite à base de cristal liquide smectique et de polymère prévu entre lesdites lames, ledit gel étant dans une phase smectique à température ambiante.
Selon l'invention, le gel est organisé sous la forme d'une pluralité de couches smectiques, chacune étant inclinée d'un angle CC par rapport à la normale au plan des lames. Préférentiellement, l'angle est préalablement ajusté en fonction d'une amplitude d'un champ électrique ou magnétique appliqué au gel lors d'une insolation préalable du gel.
Avantageusement, la teneur en monomère du gel est comprise entre 10 et 15% en masse. L'invention concerne également un dispositif d'obturation électro-optique comprenant au moins une cellule électro-optique obtenue au moyen du procédé de fabrication tel que précédemment décrit.
L'invention concerne également un casque pour la soudure à l'arc équipé d'au moins un dispositif d'obturation comprenant au moins une cellule électro- optique obtenue au moyen du procédé de fabrication tel que précédemment décrit. 5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : les figures IA à IC illustrent des première (figure IA), seconde (figure IB) et troisième (figure IC) étapes d'un procédé de fabrication classique d'une cellule, par exemple d'obturateur, à base d'une épaisseur de matériau PSFLC comprise entre une première et une seconde lame optiquement transparentes ; les figures 2A à 2D illustrent l'influence d'un angle entre le directeur et la normale aux couches (figure 2A) de l'épaisseur du PSFLC de la figure 1 sur la compression des couches du PSFLC générant une double inclinaison des couches qui forme une structure en chevron (figure 2B et 2C) qui se modifie lorsqu'on lui applique un champ électrique (figure 2D) ; la figure 3 présente un schéma d'un dispositif d'obturation électro -optique comprenant une cellule de PSFLC selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; les figures 4A à 4C illustrent des première (figure 4A), seconde (figure 4B) et troisième (figure 4C) étapes d'un procédé de fabrication selon le mode de réalisation particulier de l'invention de la cellule à base de l'épaisseur de matériau PSFLC comprise entre les première et seconde lames optiquement transparentes ; la figure 5 présente un schéma de la cellule de PSFLC en phase smectique sur laquelle sont représentés les couches du PSFLC qui sont inclinées d'un angle CC par rapport à la normale au plan des première et seconde lames ; les figures 6A et 6B présentent des images représentant la lumière transmise respectivement par la cellule obtenue par le procédé classique précité (figure 6A) et par la cellule obtenue par le procédé selon le mode de réalisation particulier de l'invention (figure 6B) lorsque ces cellules sont dans l'état bloquant et sont éclairées par un faisceau principal de lumière blanche ; les figures 7A à 71 présentent des images de la figure de diffraction RX obtenue par transmission à travers la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention respectivement pour des valeurs d'angles d'incidence θ de 0°, 5°, 10°, 15°, 25°, 35°, 45°, -15° et -25°. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention
On présente, en relation avec la figure 3, un schéma d'un dispositif d'obturation électro -optique 40 selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Ce dispositif d'obturation 40 équipe par exemple un casque pour la soudure à l'arc, il peut cependant être compris dans tout autre équipement nécessitant par exemple la protection d'un matériel sensible à la lumière ou également dans un dispositif d'obturation pour faisceau laser intense. On se place dans la suite dans le cas où la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention équipe un dispositif d'obturation, cependant, bien entendu, la cellule 400 peut être utilisée dans toute autre application telle que, par exemple, pour réaliser un dispositif d'affichage.
Ce dispositif d'obturation 40 comprend une cellule 400 (obtenue au moyen du procédé décrit ci-après en relation avec les figures 4A à 4C) incluant une première 402 et une seconde 403 lames optiquement transparentes (bien entendu, selon des variantes de ce mode de réalisation particulier, le dispositif d'obturation
40 peut comprendre plusieurs cellules et chaque cellule peut être réalisée avec des lames en tout matériau tel que du verre, une matière plastique optiquement transparente, ...), par exemple, revêtues d'un film polarisant coupant les longueurs d'ondes inférieures à 450 nm et supérieures à 750 nm et d'un film polarisants (en matériau dichroïque).
Les première 402 et seconde 403 lames optiquement transparentes de la cellules 400 définissent un espace accueillant une épaisseur de PSFLC 401 selon le mode de réalisation particulier de l'invention. Selon le présent mode de réalisation particulier de l'invention, l'épaisseur de PSFLC 401 entre les lames de la cellule est de 2 μm environ.
Par exemple, le PSFLC 401 du dispositif d'obturation 40 selon le mode de réalisation particulier de l'invention est constitué par un mélange des cristaux liquides Félix 015/100 (marque déposée) et du polymère obtenu par la polymérisation du monomère RM257 (marque déposée) tel que cités dans la demande de brevet français n° 06/04153.
Préférentiellement, le PSFLC 401 selon le mode de réalisation particulier de l'invention forme un gel composite à base de cristal liquide smectique et de polymère. La fourchette pondérale de teneur en polymère choisie (entre 5% et 25%) permet d'obtenir un matériau à propriétés optimisées.
La cellule 400 coopère avec une paire de polariseurs montés en « polariseurs croisés » et dénommés ci-après polariseur 412 et analyseur 413.
On présente, en relation avec les figures 4 A à 4C, des schémas illustrant un procédé de fabrication selon le mode de réalisation particulier de l'invention de la cellule 400 à base de l'épaisseur de matériau PSFLC 401 comprise entre les première 402 et seconde 403 lames optiquement transparentes.
Dans une première étape (illustrée par la figure 4A), on chauffe un mélange 4010 de cristaux liquides smectiques Félix 015/100 et de monomère RM257 (dont la teneur en monomère est de 10 % en masse) à une température
(par exemple 700C) supérieure à la température de transition (Tnématique) entre la phase smectique et la phase nématique du mélange.
A cette température le mélange passe de la phase smectique (dans laquelle il se trouve à température ambiante) à la phase nématique selon laquelle, tel qu'illustré par la figure 4A, les molécules de monomère 4011 et les molécules de cristal liquide 4012 sont sensiblement orientées dans le plan des première et seconde lames optiquement transparentes 402, 403. La valeur de la température de transition entre la phase smectique et la phase nématique (Tnématique) est d'environ 700C (elle est généralement comprise entre 67°C et 73°C pour d'autres mélanges Félix 015/100 (cristal liquide) / RM257 (monomère) dans des proportions permettant d'obtenir des PSFLC).
Puis, dans une seconde étape (illustrée par la figure 4B), on réalise une insolation, à l'aide d'un rayonnement ultraviolet (UV), du mélange 4010 précité afin de faire polymériser le monomère et ainsi obtenir une épaisseur de PSFLC 101 en phase nématique. Tel qu'illustré par la figure 4B, lors de cette insolation, un champ électrique (ou magnétique), par exemple un champ électrique 4000, d'une valeur de 3V/μm est appliqué entre une première électrode 421 (par exemple réalisée sous la forme d'une couche d'ITO déposée sur la première lame optiquement transparente 402 du coté intérieur de la cellule 400) au niveau de la première lame optiquement transparente 402 et une seconde électrode 422 (par exemple réalisée sous la forme d'une couche d'ITO déposée sur la seconde lame optiquement transparente 403 du coté intérieur de la cellule 400) au niveau de la seconde lame optiquement transparente 403. Puis, dans une troisième étape (illustrée par la figure 4C), on fait refroidir la cellule 400 de Tnématique à la température ambiante et ainsi le PSFLC 401 passe de sa phase nématique à sa phase smectique selon laquelle il est organisé sous la forme de couches smectiques 4013. Afin de finaliser l'obturateur, on place la cellule 400 entre les polariseur 412 et analyseur 413 croisés précités. On présente, en relation avec la figure 5, un schéma de la cellule 400 en phase smectique (par exemple à la température ambiante) sur laquelle sont représentés les couches smectiques 4013 du PSFLC 401 qui sont inclinées d'un angle CC par rapport à la normale au plan des première 402 et seconde 403 lames (contrairement au cas du procédé de fabrication classique des figures 2A à 2C dans lequel aucun champ électrique (magnétique) n'est appliqué à la cellule lors de l'étape d'insolation et selon lequel les couches smectiques 1013 sont parallèles à la normale au plan des première 102 et seconde 103 lames).
Ainsi, dans le cas de cette cellule 400, il ne se produit pas de compression des couches smectiques 4013 ni de double inclinaison de ces couches smectiques et a fortiori, ces couches smectiques ne forment pas une structure en chevron et/ou en stripes.
Il est à noter l'existence d'un prétilt dû à la couche d'alignement puisque l'application d'un champ électrique (magnétique) lors de la polymérisation conduit à une inclinaison unidirectionnelle des couches smectiques 4013.
Ainsi, l'application d'un champ électrique pour commuter le PSFLC 401, ne conduit pas (ou à tout le moins réduit), dans le cas de la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention, à un redressement des couches smectiques 4013 dans l'épaisseur de la cellule 400 qui conduirait à une ondulation des couches smectiques dans le plan des première 402 et seconde 403 lames
(comme dans le cas de la cellule classique 100 précitée). Ainsi, il n'est pas généré de réseau de diffraction diffractant dans le plan des première 102 et seconde 103 lames de la cellule 400.
Ainsi, par exemple dans le cas où l'obturateur 40 est intégré dans un casque de soudure à l'arc, le procédé de fabrication selon l'invention permet de réduire le phénomène de génération d'un faisceau secondaire issu de l'obturateur, le faisceau secondaire étant généré à partir d'un faisceau lumineux principal incident sur l'obturateur et provenant d'une source lumineuse intense (par exemple un arc à souder). Par ailleurs, l'inclinaison des couches smectiques 4013 du PSFLC 401 d'un angle CC par rapport à la normale au plan des première 402 et seconde 403 lames permet de réduire les principaux défauts de la matrice de polymère du
PSFLC 401.
En outre, en fonction de l'amplitude du champ électrique 4000 appliqué lors de l'étape d'insolation (seconde étape illustrée par la figure 4B) permettant la polymérisation du monomère, on peut contrôler (ajuster) l'angle CC et donc l'inclinaison des couches smectiques 4013.
On présente, en relation avec les figures 6A et 6B, des images représentant la lumière transmise respectivement par la cellule 100 obtenue par le procédé classique précité (figure 6A) et par la cellule 400 obtenue par le procédé selon le mode de réalisation particulier de l'invention (figure 6B) lorsque ces cellules sont dans l'état bloquant et sont éclairées par un faisceau principal de lumière blanche. On peut remarquer sur l'image relative à la cellule 100 classique (figure 6A) qu'outre la tâche correspondant à la faible partie du faisceau principal qui est transmise par la cellule 100 dans l'état bloquant deux tâches de part et d'autre de celle relative au faisceau principal peuvent être remarquées.
Ces deux tâches sont relatives à deux faisceaux secondaires qui sont générés à partir du faisceau principal par le réseau de diffraction 130.
Ces deux tâches n'apparaissent pas sur l'image relative à la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention (figure 6B) ce qui montre que, dans le cas de cette cellule 400, il n'est pas généré de réseau de diffraction diffractant dans le plan des première 102 et seconde 103 lames de la cellule 400.
En outre, une caractérisation par diffraction RX (dont le principe est expliqué en annexe) de la structure de l'épaisseur de PSFLC 401 de la cellule 400 a été mise en œuvre afin de vérifier l'absence de réseau de diffraction diffractant dans une direction normale au plan des première 102 et seconde 103 lames de la cellule 400. En effet, la diffraction RX sur la cellule 400 permet d'évaluer la conformation des couches smectiques 4013 en présence du réseau polymère pour mieux interpréter les spécificités de la réponse E-O de l'épaisseur de PSFLC 401. De courbes (non illustrées) mesurant l'intensité transmise en fonction de la coordonnée radiale au niveau de la cellule 400, on peut en déduire facilement la largeur des couches smectiques 4013 de la cellule 400 puisque la valeur du paramètre q (cf. annexe) au niveau du pic de diffraction est reliée à l'épaisseur d des couches 4013 par la relation suivante :
Figure imgf000016_0001
De ces courbes, on peut déduire q =2,33nm ι , ce qui implique que d = 27 A (angstrôms).
On présente, en relation avec les figures 7 A à 71, des images de la figure de diffraction RX obtenue par transmission à travers la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention respectivement pour des valeurs d'angles d'incidence θ de 0°, 5°, 10°, 15°, 25°, 35°, 45°, -15° et -25°.
On peut remarquer au vu des figures 7A à 71, que dans le cas de la cellule 400 selon le mode de réalisation particulier de l'invention (et contrairement au cas de la cellule 100 classique) n'y a plus que deux tâches de diffraction dont l'intensité augmente au fur et à mesure de la rotation repérée par l'angle d'incidence θ de la cellule 400 dans le sens positif et devient nulle dans le sens négatif. Ainsi, l'observation de deux tâches de diffraction de plus en plus marquée avec la rotation de la cellule 400 montre une inclinaison des couches smectiques 4013. la disparition de réflexion de Bragg pour les valeurs de l'angle d'incidence θ négatives souligne l'existence d'une orientation des couches 4013 unidirectionnelle imposée par le champ électrique 4000 lors de l'insolation et la disparition de la structure en chevron.
Dans le cadre de l'obtention de ces images (figures 7A à 71) de la figure de diffraction RX obtenue par transmission à travers la cellule 400, la cellule 400 est exposé à un faisceau de rayons RX monochromatiques et parallèles de longueur d'onde 1,5418 A correspondant à la raie a du cuivre de l'anticathode.
Annexe : Principe théorique de la diffusion classique des RX :
La longueur d'onde des rayons X étant de l'ordre de grandeur des distances inter atomiques (quelques angstrôm), les interférences des rayons X diffusés vont être alternativement constructives ou destructives. Selon la direction de l'espace, on va donc avoir un flux important de photons X, ou au contraire très faible. La figure 1 suivante illustre la diffraction par RX sur deux plans réticulaires.
Figure imgf000018_0001
Figure 1 : Diffraction RX sur deux plans réticulaires.
Les interférences sont constructives pour K madent = K dιffracte + q . Leurs directions peuvent alors être déterminées très simplement par la formule suivante, dite loi de Bragg :
2 d sin q = ni avec - d = distance inter réticulaire, c'est-à-dire distance entre deux plans ; q = demi-angle de déviation (moitié de l'angle entre le faisceau incident et la direction du détecteur) ; n = ordre de diffraction ; 1= longueur d'onde des rayons X. Le diagramme de diffraction peut se déduire de l'intersection d'une sphère appelée sphère d'Ewald avec le réseau réciproque du matériau. Le réseau réciproque est une structure « artificielle » reliée directement au réseau réel du matériau par un simple changement de base. La sphère d'Ewald est centrée au point d'incidence du faisceau sur la cellule et son rayon est de 1/ 1 (cf. figure 2).
Figure imgf000019_0001
Figure 2 : Représentation de la sphère d'Ewald.
Dans une telle schématisation chaque tâche de diffraction correspond a orientations de q sur la sphère On _oj)serve également que les dimensions de
K incident Kdiffrc sont très petites devant et ce qui permet d'assimiler la sphère au niveau des intersections à un plan. Cette schématisation permet d'interpréter plus facilement les figures de diffraction obtenues.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une cellule électro-optique (400) comprenant deux lames (402, 403) de matériau optiquement transparent et au moins une épaisseur d'un gel (401) composite à base de cristal liquide smectique et de polymère prévu entre lesdites lames, ledit gel étant dans une phase smectique à température ambiante, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : introduction entre lesdites lames d'un mélange (4010) de cristal liquide smectique de type ferroélectriques et/ou de cristal liquide smectique de type antiferroélectriques et d'un monomère, dont la teneur en monomère est comprise entre 5 et 25% en masse ; chauffage à une température supérieure à la température de transition entre la phase smectique et la phase nématique du mélange (4010) afin que le mélange soit en phase nématique ; - insolation, à l'aide d'un rayonnement ultraviolet, du mélange afin de faire polymériser le monomère et ainsi obtenir ledit gel (401); caractérisé en ce que lors de ladite étape d'insolation, un champ électrique ou magnétique est appliqué au mélange (4010).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il comprend une étape de sélection d'une valeur d'amplitude donnée du champ électrique ou magnétique appliqué au mélange (4010) de sorte que le gel soit organisé sous la forme d'une pluralité de couches smectiques, chacune étant inclinée d'un angle CC donné par rapport à la normale au plan des lames.
3. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la teneur en monomère du mélange (4010) est comprise entre
10 et 15% en masse.
4. Cellule électro-optique (400) comprenant deux lames (402, 403) de matériau optiquement transparent et au moins une épaisseur d'un gel composite à base de cristal liquide smectique et de polymère prévu entre lesdites lames, ledit gel étant dans une phase smectique à température ambiante, caractérisé en ce que ledit gel est organisé sous la forme d'une pluralité de couches smectiques, chacune étant inclinée d'un angle CC par rapport à la normale au plan des lames.
5. Cellule selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'angle est préalablement ajusté en fonction d'une amplitude d'un champ électrique ou magnétique appliqué au gel lors d'une insolation préalable du gel.
6. Cellule selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la teneur en monomère du gel est comprise entre 10 et 15% en masse.
7. Dispositif d'obturation électro -optique (40) caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule électro-optique (400) obtenue au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
8. Casque pour la soudure à l'arc caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un dispositif d'obturation (40) comprenant au moins une cellule (400) électro-optique obtenue au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
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