comme fonctionne les écrand ACL ( écrand cristaux liquide )

Voici un peut de lecture pour savoir le fonctionnement d'un écrand cristaux liquide!


Les cristaux liquides sont des molécules organiques en forme de bâtonnets ou d'assiette dont les propriétés sont comparables à celles des matériaux solides aussi bien que liquides. Les molécules tendent à s'aligner, comme dans les cristaux, mais elles restent fluides, comme un liquide. La direction de l'alignement peut être contrôlée au moyen de différentes méthodes, ce qui explique pourquoi les cristaux liquides sont capables de transformer la lumière qui les traverse.
Dans le cadre de ce projet, des partenaires des Pays-Bas, du Royaume-Uni, de France et d'Espagne ont coopéré pour produire et exploiter une catégorie de cristaux liquides dotés de propriétés nouvelles. Ils se sont basés sur une technique appelée "photo-polymérisation" pour créer des cristaux liquides dont les molécules peuvent être orientées de façon déterminée.
Les molécules relativement petites sont d'abord alignées au moyen d'un traitement de surface. Exposées aux ultraviolets, les molécules se rassemblent pour former des réseaux croisés très serrés, et elles sont ainsi gelées dans leur position. Bien que cette technique ait été découverte par Philips dès 1985, le projet APOCALIPS était le premier effort concerté visant à exploiter ce procédé pour découvrir de nouveaux matériaux.

A la recherche de nouvelles molécules

Plus de 200 nouveaux cristaux liquides ont été étudiés. L'université de Saragosse était surtout intéressée par l'amélioration de leurs propriétés optiques. Elle a aussi cherché des méthodes permettant d'incorporer des métaux dans les molécules pour produire des matériaux capables de mieux réfléchir ou réfracter la lumière.
Le Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) s'est centré sur les molécules de forme discoïde, qui peuvent s'aligner sans traitement de surface spécifique et dont les couches ont des propriétés particulières de retard optique.
A l'instar des partenaires industriels, Merck a étudié les propriétés des mélanges de cristaux liquides. En effet, comme un seul type de molécules n'a généralement pas toutes les qualités requises, on utilise souvent un mélange de molécules. Un équilibre complexe doit être établi pour atteindre le résultat optimum. Merck a aussi étudié les problèmes liés à la production des matériaux en quantité suffisante pour la fabrication industrielle.
Le partenaire principal, Philips Research, a coordonné les travaux et s'est concentré sur les applications du nouveau matériau dans l'industrie opto-électronique. Un des succès de ces recherches a été la découverte de nouveaux cristaux liquides pouvant être fabriqués à une température de 40°C environ. Cela présente un avantage par rapport à la température de 100°C habituellement requise et les risques de polymérisation trop rapide des molécules sont ainsi réduits.

Polarisation par réflexion

L'application la plus prometteuse du projet APOCALIPS est un nouveau procédé de polarisation de la lumière. La lumière naturelle n'est pas polarisée; les ondes électro-magnétiques dont elle est composée vibrent dans toutes les directions. Dans la lumière polarisée, au contraire, les ondes ont toutes la même direction.
La manière classique de produire de la lumière polarisée consiste à faire passer la lumière naturelle à travers un filtre spécial qui peut, par exemple, ne laisser passer que les ondes vibrant de haut en bas et absorber toutes les ondes vibrant horizontalement. Etant donné qu'au moins la moitié de la source de lumière est absorbée, ces filtres n'ont jamais une efficacité supérieure à 50%. Dans le cadre d'APOCALIPS, les chercheurs ont conçu un filtre qui peut être réglé sur n'importe quelle longueur d'ondes et qui polarise par réflexion plutôt que par absorption. Le filtre est un film très fin de molécules en bâtonnets disposées comme les marches d'un escalier hélicoïdal descendant "à l'intérieur" du film. La lumière est réfléchie à l'endroit de l'escalier qui correspond à la longueur d'onde de la lumière. Comme la longueur augmente à mesure que l'on "descend" l'escalier, les ondes les plus courtes (bleues) sont réfléchies en haut de l'escalier, et les plus longues (rouges) en bas. En ajustant soigneusement la portée de l'escalier entre le haut et le bas du film, le filtre peut être réglé pour réfléchir la lumière à n'importe quelle longueur d'ondes désirée.

Une luminosité supérieure de 80%

L'intérêt particulier de ce dispositif réside dans le fait qu'il ne réfléchit qu'une seule polarisation, déterminée par l'angle de torsion des molécules, tandis que les autres passent à travers le filtre. Cette découverte peut être directement appliquée aux écrans plats LCD utilisés sur les ordinateurs portables. Ces écrans sont éclairés par une lumière polarisée produite au moyen d'un polariseur par absorption placé derrière l'écran d'affichage. Si un polariseur par réflexion était utilisé, la polarisation non désirée pourrait être réfléchie vers l'arrière, dépolarisée (en la dirigeant vers un écran diffuseur) et renvoyée ensuite vers l'écran d'affichage. Les expériences réalisées chez Philips et chez Merck ont permis de produire des écrans dont la luminosité est supérieure de 80%, avec la même consommation d'énergie. Les ordinateurs équipé de ce nouvel écran pourront fonctionner plus longtemps sur une pleine charge de batterie, puisqu' ils gaspilleront moins d'énergie.
Une application similaire est possible avec les systèmes de projection des télévisions, qui fonctionnent comme des projecteurs de diapositives, à la différence près que la diapositive est remplacée par un petit affichage LCD semblable à ceux utilisés pour les écrans d'ordinateur. Là aussi, la moitié de l'énergie lumineuse est absorbée lors de la formation du rayon polarisé nécessaire au fonctionnement du LCD. Les ampoules de l'appareil de projection doivent être très puissantes, ce qui produit une chaleur indésirable. Avec le polariseur par réflexion, il serait possible de générer un faisceau polarisé avec un gaspillage de chaleur bien moindre.
Une autre application, basée cette fois sur la réfraction plutôt que sur la réflexion, s'est fait jour dans le domaine de l'enregistrement magnéto-optique, où l'information est stockée sur un disque en code binaire, sous la forme d'une structure de minuscules points magnétisés. Le code est lu en interprétant la réflexion d'un rayon laser sur ces points - la polarisation du rayon laser réfléchi est modifiée selon que le point est magnétisé ou non. Actuellement, le rayon passe à travers un séparateur de faisceau spécial à quartz (un prisme de Wollaston), qui dirige les différentes polarisations vers différents détecteurs. Le nouveau séparateur de faisceau à cristaux liquides fera la même chose, mais à un moindre prix et avec un composant compact de moins de 0,5 mm d'épaisseur.
La quatrième application, un obturateur non-mécanique pour les caméras vidéo, est un dispositif "actif" qui exploite la capacité des cristaux liquides à être plus ou moins transparents. Il s'agit d'une couche de cristaux liquides qui devient opaque lorsqu'on y applique un certain voltage. Le nouveau dispositif fonctionne plus rapidement que les obturateurs mécaniques utilisés habituellement sur les caméras vidéo et élimine les effets de "traînée" souvent rencontrés dans les scènes très éclairées.
Selon Philips, les polariseurs par réflexion devraient apparaître sur les écrans d'ordinateur en 1997 et les caméras vidéo équipées de nouveaux obturateurs seront mises sur le marché à la même période.