Brevet FR2271598A1 — publié le 19751212

L'invention concerne un dispositif à cristal liquide à ancrage planaires et un procédé de fabrication dudit dispositif. Il s'agit en particulier de dispositifs utilisant un cristal nématique ou smectique présentant une structure en hélice. On sait que dans les cristaux liquides utilisés pour la visualisation, un film de cristal liquide est logé entre les surfaces planes et parallèles dè deux électrodes transparentes ; lorsqu'*5 s'agit d'un cristal liquide en phase mésomorphique de type nématique ou smectique, on peut donner aux molécules allongées du liquide des orientations parallèles aux plans des électrodes dans le cas de l'ancrage tiplanairen. Dans le cas de la structure en hélice, qui est un cas particulier de I' ancrage planaire, les axes Qsmolécules demeurent perpendiculaires à une direction commune mais, pour un observateur regardant dans cette direction, apparaissent comme régulièrement décalées dans un sens déterminé.Cette structure confère au cristal liquide un pouvoir rotatoire facile à observer en lumière polarisée. Ce pouvoir-rotatoire disparaît lorsqu'on applique à la structure un champ électrique, lequel, dans le cas des cristaux liquides à anisotropie dielectrique positive doit être orienté suivant la perpendiculaire commune aux axes des molécules. Cette propriété est utilisée en visualisation. les procédés connus pour favoriser l'orientation des molécules du cristal liquide suivant une direction parallèle aux plans des électrodes, consistent à créer des irrégularités suivant une direction privilégiée des surfaces de contact des lames poete-électrodes avec le cristal liquide. Par exemple, la surface interne de ces lames est frottée, suivant une direction invariable avec du papier ou de la påte de polissage au diamant, et cela pendant un temps assez long; Ce pro cédé est fastidieux et donne des résultats peu reproductibles. On a proposé d'autres méthodes dans lesquelles on dépose sur la lame à traiter une couche d'un matériau tel que l'or, le chrome ou le monoxyle de silicium. On procède par évaporation sous vide en plaçant très obliquement la surface de dépôt par rapport à la direction de la source de vapeur. La couche doit étre extrêmement mince (100 angströms au plus) et irrégulière pour produire un effet d'orientation sensible. Cette méthode à l'inconvénient d'exiger une installation conteuse. l'invention donne des résultats très reproductibles en utilisant une installation peu conteuse. Le dispositif à cristal liquide selon 11 invention est du type comportant au moins deux électrodes planes, parallèles et transparentes, délimitant entre elles une lame de substance liquide cris talline. Il est caractérisé en ce que lesdites électrodes portent sur leurs faces en vis-à-vis au moins une couche d'une substance organique comportant des molécules à longue channe orientées parallèlement aux plans desdites électrodes. le procédé selon l'invention consiste à polymériser, au contact d'une électrode, la vapeur d'un monomère arrivant sous incidence rasante sur ladite électrode. l'inventiai sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la description qui suit et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels la figure 1 représente en coupe un dispositif à cristal liquide selon l'invention la figure 2 représente partiellement en coupe à grande échelle et, partiellement, en schéma à plus petite échelle, un appareillage de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. le principe de l'invention consiste à former un polymbre organique à la surface d'une lame porte-électrode en faisant arriver sur celle-ci, dans un four chauffé à la température de polymérisation, un flux régulier dit "laminaire" de vapeur de monomère sous incidence rasante. n se forme une couche de molécules à longue channe orientées parallèlement à la direction du flux. A l'aide de deux lames porte-électrodes traitées selon ce principe on peut obtenir par exemple le dispositif représenté figure 1. Celui-ci comporte, de façon classique, deux lames de verre 11 et 12 revêtues totalement ou partiellement d'électrodes 13 et 14 en oxyde stannique (transparent et bon conducteur de l'électricité). Enfin, les lames porte-électrodes comportent, du même côté que les électrodes, respectivement une couche 15 et une couche 16 de polymère organique à longues molécules orientées parallèlement aux grandes faces des lames; Après introduction d'une goutte de cristal liquide 10 entre les lames, on fait tourner une lame de 900 par rapport à l'autre de manière à donner aux molécules de cristal liquide, préalablement orientées par influence dans une direction parallèle aux molécules de polymère, une structure en hélice représentée symboliquement figure 1.Des cales d'écartement 17-et 18 complètent le dispositif. Figure 2, on a représenté un exemple d'appareillage permettant de traiter des lames porte-électrodes selon le procédé de l'invention. Deux lames 21 et 22 sont disposées dans une enceinte 23 en silice vitreuse, dont la forme générale est celle d'un cylindre d'axe horizontal. L'enceinte comporte un support 24 de même matière disposée à l'intérieur le long d'une génératrice du cylindre et présentant une surface horizontale 241 à mi-hauteur de l'espace interne. L'extrémité tube 23 a une forme rétrécie 231 débouchant à l'air libre. L'extrémité 252 de l'enceinte est fermée par un opercule circulaire 27 traversé par un tube de verre 28 destiné à l'introduction de la vapeur dans l'enceinte.Celle-ci est entourée, dans sa partie médiane, d'une spirale 29 constituée par une résistance chauffante dont les extrémités 291 et 292 sont reliées à un générateur de courant réglable non représenté. le tube 28 est raccordé par une vanne 30 à une tubulure 31 débouchant dans un récipient 32 au-dessus d'un monomère liquide 33. La vapeur de monomère est entrainée par un courant d'argon barbotant dans le liquide et provenant d'une distribution 34 fournissant de l'argon à pression constante. le fonctionnement de l'appareil est très simple. l'air de ltenceinte 23 est remplacé progressivement par la vapeur du monomère. On règle le chauffage et le débit de façon à obtenir sur un échantillon témoin placé sur le support 24 un dépôt satisfaisant de polymère. Le réglage doit être tel que l'écoulement de la vapeur dans l'enceinte soit exempt de tout phénomène de tourbillon : le flux doit être "laminaire" et parallèle à la surface 241 Le traitement des lames porte-électrodes est alors entrepris. Bien entendu, les dimensions de l'enceinte et de ses accessoires peuvent être adaptées de manière à permettre le traitement simultané de nombreuses lames. les monomères utilisables appartiennent à des familles de corps organiques assez diverses mais possèdant en commun la propriété de se polymériser à partir de la phase vapeur au contact d'un solide placé dans un four. On citera par exemple l'acrylate de méthyle, le méthacrylate de méthyle, les monomères vinyliques, les silanes, les chlorosilanes et les siloxanes. Parmi les corps précités, les dérivés suivants contenant du silicium, donnent d'excellents résultats - le dimdthyl-dichlorosilane ; - le vinyl-trichlorosilane - le vinyl-triéthosilane - le gamma-n-méthyl-aminopropyl-triéthoxysilane. Par exemple, avec le vinyl-trichlorosilane, la température optimale est de 2400 C. Pour un appareil de dimenSions données, on a constaté, pour un débit de 50 à 100 cm3 par minute, qu'il s'est formé en une dizaine de minutes un dépôt d'une centaine d'angströms. On peut obtenir des couches de polymère d'épaisseur quelconque (plus d'un micron), mais en général pour obtenir un dispositif à cristal liquide de bonnes performances, on ne dépassera pas quelques centaines d'angströs. A titre de variante,on peut introduire dans l'enceinte un produit destiné à faciliter la polymérisation, par exemple de la vapeur d'eau dans le cas du vinyl-trichlorosilane. le monomère introduit dans le récipient 32 est alors mélangé avec de l'eau. REVENDICATIONS I. Procédé de fabrication d'un dispositif à cristal liquide à ancrage pla-.aire caractérisé en ce qu il comporte au moins les étapes suivantes - dépôt, sur deux substrats transparents, présentant deux grandes faces, d'une Dremière couche d'une substance transDarente et conductrice de l'électricité ;; - traitement ae l'un au moins des dits substrats ds un ap- nareillage de polymérisation dTune substance organique en case vapeur, celle-ci circulant parallèlement auxdites rondes faces du substrats de façon a former un dépôt de polymère sur ladite première couche, en formant ainsi une deuxième couche ; - insertion d'une substance cristalline nématique ou smectique entre les deux substrats, de telle sorte que ladite- deuxième couche soit au contact de ladite substance cristalline. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareillage comporte des moyens débitant un courant gazeux de vitesse réglable, contenant une proportion réglable de vapeur d1 un monomère- organique, une enceinte traversée par ledit courant gazeux contenant au moins deux desdits substrats de manière à pré senteur leurs grandes faces parallèlement à la direction dudit courant gazeux, et des moyens portant la température interne à une températurepredéterminée. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérise en ce que ledit courant gazeux est obtenu en faisant passer un courant d'argon dans un récipient contenant du monomère à l'état liquide. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance organique appartient au groupe des corps suivants acrylate de méthyle, méthacrylate de méthyle, monomère vinylique, silane, chlorosilane, siloxane et leurs polymères. 5. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que ladite substance organique est du diméthyl-dichlorosilane. 6. Procédé suivant la revendication l, caractérisé en ce que ladite substance organique est du vinyl-trîchlorosiîane. 7. Procédé suivant la revendication l, caractérisé en ce que ladite substance organique est du gamra-n-méthyl-aminopropyltri- éthoxysilane. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance organique est du vinyl-triéthosilane. 9. Dispositif à cristal liquide à ancrage planaire, caractérisé en ce qu'il a été fabriqué par un procédé suivant l'une des revendications 1 à 8.