respectivement de 12 500 G et de 12 100 Oe, la température du Curie de 310 °C et la tempé- rature maximale d’opération de 140 °C.
Figure 3.4 –Aimant NdFeB
3.3
Assemblage des cellules
L’assemblage final des cellules de cristaux liquides nécessite de confiner une petite quan- tité de mésogène entre deux substrats préalablement préparés et séparés par une distance fixe et uniforme.
Selon les besoins de l’application, différentes méthodes peuvent être utilisées pour réali- ser un tel assemblage. Il est possible d’introduire le mésogène dans la cellule par capillarité, après avoir assemblé les substrats et en prenant soin de laisser les ouvertures nécessaires à l’introduction du mésogène et à l’évacuation de l’air. Il est aussi possible de placer d’abord le mésogène sur un substrat, pour ensuite placer le second substrat et fixer le tout (méthode par drop fill). L’introduction du cristal liquide par capillarité pose parfois l’inconvénient d’in- duire une orientation privilégiée, suivant le sens de l’écoulement lors du remplissage, qui peut parfois demeurer présente dans la mésophase finale. Ce problème peut être contourné en chauffant l’ensemble à une température supérieure àTN I pendant le remplissage, si les ma- tériaux utilisés le permettent. La méthode par drop fill demande quant à elle une très grande précision, les manipulations sont donc plus aisées lorsque le cristal liquide est introduit après la fixation des substrats, et la solidité et la qualité de la cellule s’en trouvent améliorés.
3.3Assemblage des cellules 34
3.3.1
Espaceurs
Afin d’éloigner les substrats d’une distance connue pour créer un volume vide où intro- duire le mésogène, différents espaceurs peuvent être utilisés. Il s’agit habituellement de billes de verre ou de polymère, de films de polymère ou de structures imprimées sur les substrats. Dans ce projet, des billes de verre de 30 μm de diamètre et des fibres coupées de 27,5 μm de diamètre et ont été utilisées selon la disponibilité. Des feuilles d’acétate de 25 μm ont
aussi été utilisées lors de certaines étapes préliminaires. Les feuilles d’acétates offrent une épaisseur moins uniforme mais facilitent grandement les manipulations, notamment lors du remplissage par drop fill.
Les billes et les fibres coupées sont généralement mélangées à la colle utilisée pour sceller la cellule avant d’être placées sur les substrats, ce qui permet d’en utiliser une quantité plus faible en réduisant leur concentration tout en offrant un meilleur contrôle sur leur position, ces particules étant très volatiles lorsqu’elles sont simplement déposées sur une surface.
3.3.2
Cristaux liquides
Puisqu’il s’agit d’un produit bien connu et qui était jusqu’à récemment facilement acces- sible (la production a maintenant cessé), le cristal liquide E7 de Merck KGaA, obtenu par le biais de EMD Chemicals, fut principalement utilisé dans ce projet. Ce matériau présente de bonnes caractéristiques et ses propriétés sont très bien connues puisqu’il est largement em- ployé dans le milieu scientifique. Le E7 est un cristal liquide nématique composé d’un mé- lange eutectique de quatre mésogènes calamitiques de faibles poids moléculaires, soit 51 % de pentylcyanobiphényle (5CB), 25 % d’heptylcyanobiphényle (7CB), 16 % d’octyloxycya- nobiphényle (8OCB) et 8 % de pentylcyanotriphényle (5CT). Les structures des quatre mé- sogènes sont illustrées à la figure 3.5, et les principales propriétés physiques du mélange sont résumées au tableau 3.1.
3.3.3
Fixation et remplissage des cellules
Les éléments des cellules peuvent être fixés ensemble de différentes façons, selon les besoins. Il est possible d’utiliser une monture métallique composée de deux cadres reliés par des vis, entre lesquels on place la cellule. En serrant les vis on peut exercer sur l’ensemble une pression qui maintient les substrats fixes l’un par rapport à l’autre. Cette monture est cependant encombrante et n’est pas pratique à plusieurs égards. On privilégie donc lorsque
3.3Assemblage des cellules 35
Figure 3.5 –Composition du cristal liquide E7
Tableau 3.1 –Propriétés du cristal liquide E7 (à 20 °C et 577 nm) [14, 15, 16]
ne 1, 7446 no 1, 5197 19, 6 ⊥ 5, 1 Δχm 1, 09 × 10−7 k1 12 × 10−12N k2 9 × 10−12N k3 19, 5 × 10−12N TN I 60, 5◦C
3.3Assemblage des cellules 36
c’est possible l’utilisation d’une colle polymérique pour fixer la cellule. La colle offre de plus l’avantage de sceller la cellule, évitant les fuites ou la contamination qui pourrait se produire sur une période prolongée.
La colle NOA 65 de la compagnie Norland Products a été utilisée dans ce projet afin d’assembler les cellules. Il s’agit d’une colle optiquement transparente faite de monomères qui peut être solidifiée rapidement par exposition à une lumière UV. Son absorption maximale se situe entre 350 et 380 nm, et l’énergie recommandée pour une polymérisation complète est d’environ 4,5 J/cm2 (environ 5 minutes à 15 cm d’une source de 100 W) [17].
Pour assembler la cellule, les espaceurs sont d’abord placés aux quatre coins du premier substrat. Si on remplit la cellule par drop fill, on place alors une goutte de mésogène au centre du substrat. On recouvre ensuite le tout du deuxième substrat, et l’excédent de cristal liquide est évacué hors de la cellule. Lorsqu’on veut pouvoir appliquer une tension électrique entre les deux faces de la cellule, on superpose les substrats de manière légèrement décalée, en laissant pour chaque substrat une bordure d’ITO exposé d’environ 1 mm (voir figure 3.6), afin de pouvoir y souder les fils reliant la cellule à la source de tension.
Figure 3.6 –Assemblage d’une cellule
En maintenant une légère pression sur la cellule pour s’assurer que les substrats sont bien en contact avec les espaceurs et que leur distance demeure constante, on fixe ensuite la cellule en appliquant sur les 4 côtés la colle UV que l’on polymérise d’abord rapidement avec une source UV à main (Electro-Lite ELC-410, 90 mW/cm2 à 365 nm [18]) pour limiter son étalement, puis pour une période prolongée de 20 à 60 minutes sous une lampe UV (émission maximale à 370 nm) afin de la durcir complètement.
Si le mésogène est introduit par capillarité, on place d’abord le deuxième substrat sur les espaceurs et on fixe la cellule en la scellant à l’aide de la colle, en laissant toutefois deux ou- vertures sur des côtés opposés. On introduit ensuite le cristal liquide par capillarité, en plaçant une goutte à proximité de l’une des ouvertures tandis que l’autre reste libre pour permettre l’évacuation de l’air, et on ferme ces ouvertures avec la colle UV lorsque le remplissage est complété.