Cristal liquide - Définition
Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé. On exprime son état par le terme de mésophase.
Historique
En 1877, Otto Lehmann utilisant le tout récent microscope à lumière polarisée constata que certaines substances passaient par un état intermédiaire, optiquement anisotrope, en se refroidissant lors de la transition liquide vers solide.
Une décennie plus tard, en 1888, les botanistes autrichiens Friedrich Reinitzer et Rudolf Virchow étudiant des dérivés du cholestérol en répétant les expériences de Lehmann, identifient ce phénomène comme une nouvelle phase.
Pendant presque un siècle, des chercheurs travaillent sur les cristaux liquides, fondent les bases théoriques, élaborent des éléments pratiques mais ne trouvent pas d'applications. Il faudra attendre 1968 pour que George H. Heilmeier, un chercheur de la RCA, mette au point le premier dispositif d'affichage à base de cristaux liquides et encore 5 ans pour que la mise au point d'une technologie stable, le Twisted nematic, utilisant le biphényl permette la mise en vente du premier dispositif grand public, une montre par Seiko.
Propriétés
Par exemple, un cristal liquide peut couler comme un liquide, mais les molécules ont un certain niveau d'ordre et sont orientées comme dans un cristal. Il y a différentes phases des cristaux liquides, qui peuvent être distinguées par leurs propriétés optiques différentes (comme la biréfringence).
Vu dans un microscope sous lumière polarisée, un matériau à cristaux liquides semblera être composé de zones de texture distincte. Chaque " zone " correspond à un domaine où les molécules sont orientées dans une direction différente.
Il y a deux grandes classes de cristaux liquides : thermotrope et lyotrope. Les thermotropes changent de phase en fonction de la température tandis que les lyotropes sont sensibles à la concentration et à la température.
Applications
L'écran ACL
L'application la plus connue des cristaux liquides est l'écran à cristaux liquides mieux connu sous le sigle anglais " LCD ".
- Filtre de polarisation (vertical)
- Verre avec électrodes correspondant au filtre vertical
- Cristaux liquides
- Verre avec électrodes correspondant au filtre horizontal
- Filtre horizontal pour bloquer/laisser passer la lumière
- Surface réfléchissante
La propriété de certains cristaux liquides de faire tourner le plan de polarisation de la lumière est exploitée dans les écrans ACL. L'écran ACL est constitué de deux polariseurs croisés dont les directions de polarisation forment un angle de 90° encadrant une couche de cristaux liquides : la lumière qui passe par le premier polariseur est bloquée par le second lorsque sa direction de polarisation n'est pas modifiée par les cristaux liquides.
Les thermomètres
La variation de l'angle de torsion de l'hélice en fonction de la température est utilisée par le thermomètre frontal à affichage digital.
Les vitrages
Conçus en s'inspirant des écrans ACL, des vitrages incluent des cristaux liquides sous forme de gouttelettes immobilisées dans un polymère entre deux électrodes en ITO mais ne comportent pas de polarisant. Ce vitrage passe d'un état opalin (comme une vitre dépolie), en l'absence de tension, à un état transparent (comme une vitre ordinaire) dès qu'il est polarisé, sans que la luminosité change.
La cagoule pour soudure à l'arc
L'une des plus récentes applications apporte un grand confort aux soudeurs à l'arc : l'assombrissement est réalisé de manière automatique par détection du niveau lumineux, en moins d'une milliseconde.