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Les ecrans LCD partie 1
Par guillaumefg, le 05/10/2008 à 17h07 (1131 vues)
Catégorie : Divers

Pour faire suite a mon précedent billet, voici un petit topic sur le principe des ecrans a cristaux liquides. Cette premiere partie traite de la némato-elasticite et des differents types de distorsion. Je ferai 2 autres parties, l'une ou j'expliquerai ce qui se passe quand on applique un champ magnetique ( et je parlerai de l'instabilite de Frederiks) et une 3 eme ou j'expliquerai la réalisation d'un afficheur.

Je sais que c'est surtout la troisieme partie qui vous interesse mais je dois introduire un certain nombre de chose pour pouvoir en parler plus ou moins simplement.

Ps: cet article est une ebauche, je le modifierai au fur et a mesure que je trouverai des moyens d'expliquer les choses de facon simples


La technologie des ecrans a cristaux liquides est née de 2 proprietes des Cristaux liquides, la biréfringeance et la capacité a créer un ordre d'orientation en presnece d'un champ electromagnetique.

Avant de rentrer dans les details, je vais parler de la classification des differents types de cristaux liquides:

- les nématiques:

corresponds a des molecules ayant la forme de batonnets qui ont tendance a s'aligner parallelement les unes aux autres. On definit ce que l'on appelle le directeur, qui correspond a l'orientation moyenne des molécules. Quand ces molecules sont placée entre un polariseur et un analyseur croisé, on va voir une certaine quantite de lumiere qui va pouvoir dans certains cas etre colorée.( on dit qu'ils sont optiquement biréfringeant)

-Les smectiques

Ce sont des molecules proches des molecules de savons, elles sont organisés sont forme des couches. Il existe plusieur type de phases smectiques.

Les cholesteriques:

Ca ressemble a des cristaux liquides nématiques sauf que le directeur tourne autour d'un axe

Suivant certaines conditions on peut passer d'un phase a une autre ( par exemple on peut passer d'une phase nématique a une phase smectique)

En plus de ces differentes structures, les cristaux liquides se distinguent par leurs proprietes chimiques, on parle de:

-Cristaux liquides thermotropes:

Dans ce type d'etat mesomorphe ( l'autre appélation des cristaux liquides), on peut passer d'un phase al'autre en faisant chauffer le cristal liquide.

-Cristazux liquides lyotropes:

Ces cristaux liquides sont des solution aquesue de molecules ressemblant a du savon. Dans les composés lyotrope c'est la concentration de ces molecule qui va determiner la phase dans laquelle on es.

Pour la fabrication des ecran de tele,on va utilisé des cristaux liquide de type nématiques. Le principe des ecran de tele repose sur ce que l'on appelle la transition de frédericks (que je vais decrire dans ce billet)

Il convient d'abord de definir un peu de vocabulaire:

L'ancrage: Correspond a l'orientation des molécules sur la surface d'un substrat ( une plaque de verre par exemple). il en existe 2 types:

- l'ancrage planaire ou l'orientation moyenne des molecules ( que l'on appelle le directeur) est paralleles a la surface.

-L'ancrage homéotrope ou le directeur va etre perpendiculaire a la surface.

Les disinclinaison: Cela va correspondre a des "defauts" dans l'orientation du directeur. ( bien que l'etude des disinclinaison soit ma spécialite, je ne m'entendrai pas sur le sujet car, dans les applications industrielles, les defauts sont rarement souhaiter.)

Je vais maintenant decrire, le theorie qui as permis la realisation des afficheur a cristaux liquides. Il s'agit de la némato elasticite.

Comme son nom l'indique, on va considerer ici des cristaux liquides nématiques. Ces CLs sont soumis a une contrainte: Il sont dans une boite ( ecran) qui impose une certaine orientation au molecules de CLs ( on appelle ca conditions d'ancrage.). Le fait que l'orientation soit donné sur les contour fait que le directeur va se tordre entre les deux bords de la boite. Il va donc stocker une certaine energie ( puisqu'il se tord.).

Pour caracteriser cette energie, on va donc chercher a exprimer ce que l'on appelle une densite d'energie libre qui va nous servir a savoir comment varie l'orientation des molecules dans la boite. ( c'est a partir d'un certain type d'orientation des molecules que l'on peut réaliser un afficheur, mais j'y reviendrai plus tard.). Je vous rassure tout de suite, je ne vais pas vous faire le calcul ici, neanmoins, ce calcul va nous permettre de definir 3 types de distorsion ( c'est a dire de variation de l'orientation des molécules entre les bord de la boite)

types de deformation du directeur

Cette notion, est quelque peut difficile a saisir, je vais donc illustrer par un exemple ( désolé, par contre, car je n'ai pas de photo et si je photocopie le livre que j'ai ca va faire un truc tout moche car les pages ne sont pas epaisses).

Je prend le meme systeme d'axe xyz que sur les dessin si dessus. Je considere deux plaques paralleles dans le plan xOy, entre les deux plaques sont distantes de la distance z.

Sur la plaque du bas, l'angle entre les molecules et l'axe x est nul. Sur le plaque du haut, ce meme angle vaut un certaine valeur Φ differentes de 0. Entre ces 2 plaque l'orientation des molecules va varier de facon continue pour de l'orientation de la plaque du bas a celle de la plaque du haut. L'orientation des molecules subit une modification de type torsion. On peux egalement trouver des exemple pour les deux autres types de deformation mais ils sont plus difficiles a decrire sans schema.

dans la seconde partie ( que j'essairai de faire pour la semaine prochaine), je regarderai ce qu'il se passe si on applique un champ magnetique au cristal liquide. Ca me permettra d'introduire ce que l'on appelle l'instabilite de frederiks; qui me servira quand je decrirai le processus de fonctionnement d'un afficheur a cristal liquide dans une troisieme partie

En esperant avoir ete le plus clair possible


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3 commentaires
MeDioN

le 06/10/2008
Ca me rappelle mes cours en école ça
guillaumefg

le 05/10/2008
Oui et non, la birefringence, c'est une proprietes de cristaux ( en general, pas seulement les cristaux liquide) qui dit que selon comment on éclairé un cristal, la lumiere ne vas pas etre reflechie ( ou refracté) de la meme maniere. dans des materiaux birefringent , on n'as pas le meme indice de refraction selon toutes les direction. De plus, le materiaux va etre plus ou moins sensible a certaines polarisation de la lumiere. ( par exemple, quand on observe la refraction de la lumiere dans certains cristaux on se rend compte que l'on voit 2 rayons refracté.). Concernant, les ecrans LCD avec des couleur, ces couleur sont due a des filtres ( rouge, bleu, et vert) dans un dispositifs semblable a celui que je vais decrire plus tard. L'effet de birefringence,fait (dans le cas noir et blanc) que soit on va voir un pixel + ou - lumineux soit un pixel noir.

dans ce que j'ai decrit dans cette partie, on as une orientation fixée au bords des plaques, et entre les deux, on va avoir des contrainte elastiques dans l'orientation des molecules ( qui doit etre continue comme sur les schema.) Pour l'orientée, il suffit de fixer l'angle sur la plaque du haut.( c'est decrit dans l'experience de grupp, que je n'ai pas decrite faute d'avoir des schema concret). Le champ magnetique, va avoir, le meme genre d'effet, a savoir appliquer une contrainte ( comme l'angle phi de la plaque superieure dans ce que j'ai decrit); car les moleculé de cristaux liquides ont tendance a s'aligner parallelement au champ magnetique. C'est donc en appliquant un certain champ que l'orientation va plus ou moins se tordre.
Mais tout ce que j'ai decrit sont des choses stable,mais pour comprendre l'influence du champ il faut d'abord voir ce qu'il se passe avec une force mecanique

je te déconseille l'article de wikipedia sur les ecrans a cristaux liquide que je ne trouve pas forcement tres clair ( puisque qu'il ne decrit pas vraiment la physique caché derriere tout ca)
haka

le 05/10/2008
Mmh... la biréfringeance c'est la capacité potentielle de coloration des cristaux donc ?



Et une fois dans l'écran, l'orientation des cristaux liquides est imposée et varie si j'ai bien suivi. Comment la stabilise-t-on et l'oriente-t-on de la façon voulue ? Est-ce là le rôle du champ magnétique dont tu vas nous parler prochainement ?



Beaucoup de question à la fois, désolé, mais c'est intéressant la physique vue dans ses applications pratiques (je devrai pas cracher sur les profs mais pas comme parfois enseignée )
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