CRISTAUX LIQUIDES

Affichage par contrôle de la biréfringence d'un cristal liquide nématique

Pour un affichage par contrôle de la biréfringence, une cellule contenant un cristal liquide nématique à anisotropie diélectrique négative est placée entre polariseurs et analyseurs croisés. Les faces de la cellule ont subi un traitement convenable afin que la structure du milieu soit homéotrope (les molécules sont perpendiculaires aux parois de la cellule). En l'absence de tension appliquée, la propagation de la lumière n'est pas affectée par le cristal liquide ; elle est donc arrêtée par l'analyseur comme s'il n'y avait pas de cellule. Si on applique entre les électrodes une tension supérieure à une valeur seuil, les molécules tendent à s'orienter perpendiculairement au champ (anisotropie négative) en commençant par le centre du film. Le cristal perd peu à peu sa structure homéotrope et devient biréfringent. Le plan de polarisation de la lumière tourne d'un angle qui dépend de l'épaisseur de la cellule, de la biréfringence Δ_n du milieu et de la longueur d'onde λ utilisée. La valeur Δ_n (n étant la variation d'indice) dépend, bien sûr, de la distorsion du milieu, donc de la tension appliquée. En lumière monochromatique, ce dispositif est un modulateur de lumière, en lumière blanche, c'est un filtre optique qui peut être utilisé pour faire de l'affichage en couleurs.

Affichage par un nématique en hélice

Pour un affichage utilisant un nématique en hélice, la cellule est du même type que précédemment, mais le matériau a, en revanche, une anisotropie diélectrique positive : les molécules sont parallèles au champ électrique. Les faces de cette cellule ont, en outre, été traitées de façon que les molécules s'orientent parallèlement à une direction donnée et parallèlement aux faces de la cellule (structure planaire). Au niveau des deux faces de la cellule, les directions d'orientation des molécules sont à 90⁰ l'une de l'autre de façon à créer ainsi un nématique en hélice (pseudo-cholestérique). Si l'épaisseur de la cellule est grande devant la longueur d'onde, la direction de polarisation subit une rotation de 90⁰ lors de la traversée de la cellule. La lumière sera ainsi transmise par l'analyseur si le plan de l'analyseur est croisé par rapport à celui du polariseur.

À la suite de l'application d'un champ électrique, les molécules s'alignent toutes parallèlement à la direction de celui-ci ; le plan de polarisation n'est ainsi plus modifié lors de la traversée de la cellule et l'analyseur arrête totalement la lumière.

Affichage par diffusion dynamique

La diffusion dynamique (Dynamic Scattering Mode) a été découverte en 1968. Partant d'une cellule à structure homéotrope contenant un matériau à anisotropie diélectrique, on peut avoir une diffusion par application d'un champ électrique qui met en mouvement les impuretés ioniques présentes dans la préparation. Les effets tourbillonnaires résultant du déplacement des ions se traduisent par un aspect laiteux de la préparation dans la zone où il y a diffusion de la lumière. Le contraste dépend de la tension appliquée. Lorsque la tension est annulée, la cellule redevient transparente.

Affichage à l'aide de smectique A par effets thermo-optiques

Pour opérer un affichage par effets thermo-optiques, on utilise une cellule contenant un matériau smectique A d'anisotropie diélectrique positive et de structure homéotrope. Un faisceau laser crée un échauffement local dans la cellule, à l'origine transparente, et induit une désorganisation de la structure par passage à l'état isotrope. Au refroidissement, la phase smectique réapparaît avec une structure différente stable, d'où manifestation d'un effet de mémoire. L'application d'un champ électrique faible permet un effacement sélectif ; il est possible d'obtenir un effacement total par application d'un champ électrique intense en phase smectique.

Contrairement aux autres types d'afficheurs, les cristaux liquides sont des éléments passifs qui ne peuvent fonctionner qu'en présence d'une source extérieure de lumière. C'est d'ailleurs une des raisons de leur faible consommation d'énergie.

Dans le cas où la source lumineuse est la lumière ambiante, on utilise un afficheur en mode « réflexion » (miroir placé à l'arrière de l'afficheur). Si on désire en revanche un contraste important, il faut choisir le mode « transmission » et recourir à une source lumineuse auxiliaire.

Par rapport aux autres dispositifs, les cristaux liquides présentent l'avantage de consommer très peu d'énergie, de demander une tension de commande de seulement quelques volts et d'offrir enfin un bon angle de lecture et un bon contraste à éclairement ambiant très faible. Ils comportent néanmoins un certain nombre d'inconvénients : la gamme de température d'utilisation est limitée, le temps de réponse plus élevé que pour d'autres dispositifs et leur durée de vie est difficile à préciser en raison de leur nouveauté. Il est en effet toujours difficile de prévoir l'évolution d'une technologie qui ne date que des années soixante-dix et qui progresse actuellement de façon spectaculaire. Alors qu'on estimait en 1975 que ces techniques ne permettraient pas de créer des écrans de télévision de quelques centimètres d'épaisseur, aujourd'hui des écrans « plats » et d'une dizaine de centimètres de côté et consommant seulement quelques watts sont réalisés par plusieurs constructeurs, si bien que l'on peut envisager tout à fait sérieusement le passage à des dimensions classiques et la commercialisation de ces nouveaux dispositifs consommant très peu d'énergie.