Tout ce que vous devez savoir sur les cristaux liquides que vous aviez peur de demander

L’abréviation LCD, ou Liquid Crystal Display, fait référence à l’état de la matière, sans lequel il est impossible pour les écrans LCD de fonctionner – bien sûr, nous parlons de cristaux liquides.

L’article est un recueil subjectif dans lequel nous avons rassemblé les informations les plus importantes (de notre point de vue) sur les cristaux liquides.

Les cristaux liquides sont un terme désignant une phase intermédiaire entre deux états de la matière – liquide et solide. Il combine les caractéristiques des deux formes – il est formé de molécules ordonnées (comme à l’état solide), mais qui ont une liberté de mouvement (comme à l’état liquide). Toutes les molécules ne génèrent pas la bonne phase de cristaux liquides – cela s’applique à celles qui sont caractérisées par une anisotropie de forme (ce sont des molécules ressemblant à des bâtonnets ou des disques).

Caractéristiques des cristaux liquides

Des phases à cristaux liquides peuvent être générées m.in. changement de température (appelé mésophases thermotropes). Parmi elles, on peut distinguer trois grandes classes définies en fonction de la façon dont les molécules sont disposées :

• la phase nématique (N), dans laquelle les molécules en mouvement libre ont tendance à s’aligner dans une direction spécifique (appelée la direction), leurs centres de gravité n’étant pas ordonnés (son sous-type est la phase du cholestérol (également appelée phase nématiquement torsadée (N*), dans laquelle les molécules s’alignent dans une direction changeante en formant une hélice dans l’espace) ;
• phase smectique (S), dans laquelle les molécules sont disposées en couches, axes parallèles les uns aux autres,
• la phase colonnaire (D), dans laquelle les molécules sont disposées en colonnes, avec des axes parallèles les uns aux autres.

Histoire de la recherche – les dates les plus importantes

Tout a commencé à la fin du 19e siècle, lorsque Friedrich Reintzer, en étudiant les propriétés des dérivés du cholestérol, a découvert trois caractéristiques importantes des cristaux liquides de ce type : la présence de deux points de fusion, la capacité de réfléchir la lumière polarisée circulairement et la capacité de changer la direction de la polarisation de la lumière.

Le potentiel des cristaux liquides n’a pas été immédiatement reconnu. Ce n’est qu’en 1964 que le premier écran à cristaux liquides a été construit, qui n’avait cependant aucune utilité pratique (il nécessitait de chauffer des cristaux liquides à plus de 100°C pour fonctionner efficacement). La percée a eu lieu dès 1966, lorsque Joel E. Goldmacher et Joseph A. Castellano travaillaient sur des mélanges de composés nématiques générant une phase nématique dans une plage de température de 22 à 105 °C au maximum.

L’utilisation de cristaux liquides dans les présentoirs

Sans aucun doute, les cristaux liquides sont le plus souvent associés aux écrans LCD. Ils utilisent le phénomène de biréfringence optique – des cristaux liquides sont intégrés dans des cellules reliées à des électrodes, et un contrôle de tension approprié permet d’ordonner les molécules pour obtenir l’effet de réfraction de la lumière.

Dans l’infographie ci-dessous, nous présentons un mécanisme simplifié de fonctionnement d’un écran LCD en mode transmission à l’aide de l’exemple d’un pixel :

Les écrans LCD n’utilisent pas toutes les phases à cristaux liquides. Les propriétés des phases nématique (N et N*) et smectique (SmC*) sont ici essentielles. Il convient de noter que les changements de phase sont réversibles.

Les cristaux liquides ont également d’autres utilisations. Les propriétés thermo-optiques sont utilisées m.in. Dans les thermomètres sans mercure, les substances qu’ils contiennent changent de couleur avec les changements de température.

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