Nouveaux principes de fonctionnement pour des écrans à cristaux liquides – DISPLAY

Les cristaux liquides dits nématiques sont le plus souvent formés de molécules organiques, en forme de bâtonnets, qui s’alignent parallèlement les unes aux autres, tout en restant dans un état fluide. Ils sont utilisés principalement dans les afficheurs à cristaux liquides qui dominent de nos jours l’énorme marché des écrans plats. Ces dispositifs électro-optiques utilisent astucieusement l’anisotropie des propriétés optiques, élastiques et électriques des substances nématiques pour obtenir à la fois un bon contraste et une grande vitesse d’affichage. Toutefois, les technologies actuelles des afficheurs à cristaux liquides ne sont pas bien adaptées aux dispositifs nomades tels que les liseuses et les étiquettes électroniques de magasins à cause de leur trop grande consommation énergétique due à la cadence rapide de rafraichissement et au besoin d’une source interne de lumière. Ces segments importants du marché des afficheurs restent donc captifs de technologies concurrentes comme l’encre électronique. Une faible consommation énergétique serait aussi un avantage crucial pour le marché des « fenêtres intelligentes » dont la transmission peut être ajustée en appliquant une différence de potentiel électrique. D’un point de vue plus fondamental, les propriétés mécaniques des nématiques de molécules en forme de bâtonnets, utilisées en affichage, sont définies par leurs trois constantes élastiques pour des déformations en éventail, en torsion et en flexion. En fait, ces trois constantes ne varient d’habitude pas beaucoup d’un composé à un autre. Toutefois, au cours de la dernière décennie, une nouvelle grande famille de composés nématiques avec une forme moléculaire courbée a été inventée par les chimistes organiciens. Ces nouvelles molécules courbées sont actuellement très étudiées, dans le monde entier, essentiellement car elles présentent des organisations nématiques modulées originales en plus de l’état cristal-liquide nématique habituel. Or, il se trouve que ce dernier, pour les molécules courbées, diffère grandement du nématique formé de molécules en bâtonnets ordinaires, utilisé dans les afficheurs, car sa constante élastique de flexion est inférieure de deux ordres de grandeur. En fait, cette très faible constante élastique nématique des molécules courbées modifie complètement le contexte des mécanismes physiques qui sont à la base des afficheurs à cristaux liquides. Nous proposons ici d’exploiter cette opportunité en construisant deux démonstrateurs de nouveaux afficheurs à cristaux liquides combinant faible consommation énergétique, grand taux de multiplexage et bonne qualité optique. En effet, nos expériences et simulations numériques préliminaires ont mis en évidence le grand potentiel de ces matériaux originaux pour leur application à des dispositifs nématiques bistables basés sur des architectures de cellules et des mécanismes de commutation soit classiques (nématique tordu) soit inédits. Au cours de ce projet, nous optimiserons les mélanges cristaux-liquides de molécules courbées pour ces applications et nous élaborerons des dispositifs bistables à faible consommation et opérant en réflexion/transmission, avec ou sans polariseurs. Pour démontrer la faisabilité de cette nouvelle technologie nématique, nous en préparerons deux démonstrateurs et nous en étudierons les caractéristiques. Notre consortium rassemble cinq partenaires, purement académiques ou liés à l’industrie, qui sont des experts dans l’étude des propriétés structurales et la formulation de mélanges cristaux-liquides, les propriétés électro-optiques des cristaux liquides, les mécanismes fondamentaux des afficheurs à cristaux liquides et la conception de tels démonstrateurs.