Validation expérimentale de la configuration possédant une paire d’électrodes enterrées

ad re ssage (V) Transmittance simulée b)

Figure 164 : Comparaison entre simulation et mesures expérimentales du comportement d'une cellule TN de 2µm en régime statique (a) et dynamique pour une tension de 4V (b)

La figure 164 compare la simulation aux résultats expérimentaux des transmittances statiques et dynamiques pour une cellule TN dont les caractéristiques sont connues. Nous constatons donc un bon accord entre les résultats expérimentaux et théoriques.

Notons également que les transmittances mesurées sont toutes normalisées, car l’épaisseur et les indices optiques (dépendants de la longueur d’onde) des polariseurs utilisés sont différents de ceux utilisés pour la simulation. Ces différences donnent des transmittances expérimentales maximales différentes des transmittances maximales obtenues par simulation.

Le banc de caractérisation une fois validé permet de confronter les résultats expérimentaux des configurations 1 et 3 avec les mêmes caractéristiques définies par simulation.

4.2. Validation expérimentale de la configuration possédant une paire

d’électrodes enterrées (configuration 1)

171 Un prototype permettant de valider ce design a été fabriqué dans les salles blanches du LETI respectant les différents paramètres géométriques définis par simulation (cf figure 115). La taille du véhicule de test est de 22x22 mm² se trouvant répété 47 fois sur un wafer de 200 mm. La cellule assemblée est représentée ci-dessous :

Figure 165 : Prototype reproduisant la configuration 1 assemblé

La figure 165 est une photographie du prototype reproduisant la configuration 1. Celui-ci est assemblé et est prêt à être caractérisé. En fonction des matériaux disponibles au LETI, les électrodes de retours ont été fabriquées en ITO et celles d’adressages en aluminium. Ces choix de matériaux différents du cuivre n’affectent pas les performances de la cellule.

Le prototype est composé de 6 cellules de caractéristiques identiques à l’exception de la largeur des électrodes. Un premier étage de la cellule (proches des plots de connexion) est composé d’électrodes de 0.6 µm de largeur et le deuxième étage est composé d’électrodes de 0.4 µm de largeur. La connexion avec le générateur s’effectue à l’aide de pinces crocodiles.

Pour vérifier l’effet « cage de Faraday », nous avons testé deux orientations de molécules différentes. Pour créer un ancrage des molécules sur les substrats où se trouvent les électrodes, nous avons déposé par spin-coating du polyimide (Nissan 7492) formant une couche de 50 nm qui a été par la suite recuite pendant 10 mn.

La première orientation de molécules résumée sur la figure 166, consiste à créer un alignement de molécules différent de celui utilisé dans les simulations. Il s’agit de frotter le polyimide grâce à un rouleau de tissu dédié pour que les molécules possèdent un angle de 3° par rapport aux électrodes de retour parallèles à l’axe horizontal. Il s’agit de la méthode utilisée dans la partie 3.3.1.

Figure 166 : Configuration 1 avec un frottement des molécules 3° en configuration « normally black » permettant aux électrodes de retour d’orienter les molécules

172 La configuration de la figure 166 est une configuration « normally black ». Pour l’obtenir, nous avons placé le polariseur « P » parallèle à l’orientation initiale du CL et l’analyseur « A » perpendiculaire à « P ».

Cette configuration permet de vérifier en activant les électrodes de retour (R+ et R- sur la figure 166), tout en laissant les électrodes d’adressages flottantes (P+ et P- en noir), si une transmittance est mesurable ou non. Dans les travaux de simulation, nous obtenons les résultats suivants :

0 10 20 30 40 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Tr an smitta nce mo yen ne Tension d'adressage (V) Transmittance moyenne

Figure 167 : Transmittance moyenne obtenue en simulation en adressant les électrodes de retour

La figure 167 indique une transmittance très faible (0,05 pour 40V). La transmittance expérimentale mesurée est ici nulle pour toutes les valeurs de tension (jusqu’à 32V crête à crête). Cependant, cela n’est pas suffisant pour valider notre design, car nous pourrions supposer que les électrodes de retour ne fonctionnent pas.

Malheureusement, nous n’avons pas pu reproduire les courbes de transmittance optimale en utilisant uniquement les électrodes pixels, car nos échantillons présentaient des défauts.

Pour valider le fonctionnement du design, une autre méthode de mesure a été mise au point. Cette fois-ci, le frottement a été réalisé à 93°, comme dans toutes les autres configurations étudiées en simulation. Pour rappel, ce frottement permet aux électrodes pixel d’adresser les molécules en faisant passer le SLM de noir à blanc.

Nous adressons uniquement l’électrode P+ et l’électrode R+ en faisant varier la tension. Si les électrodes enterrées fonctionnent, il devrait y avoir un champ électrique suffisant entre les deux électrodes pour mettre en mouvement les molécules et obtenir une transmittance non nulle. Si cette hypothèse est vraie, et en y ajoutant le résultat précédent, nous aurons montré que l’effet cage de faraday est vérifié. Cette méthode est présentée sur la figure 168.

173 Dans un premier temps, nous avons simulé cette configuration pour plusieurs épaisseurs d’oxyde entre 0,6 µm et 1 µm pour prendre en compte la déformation et les imperfections éventuelles de planéité de l’oxyde du prototype. Pour rappel, celui-ci est composé de 𝑆𝑖𝑂2.

Une fois ces simulations effectuées, pour vérifier la reproductibilité des résultats, nous avons mesuré la transmittance en régime statique sur 3 cellules. Dans la plage de tensions choisies, nous n’avons pas observé de différences induites par les largeurs d’électrodes.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Tr an smitta nce no rma lisée

Tension d'adressage simulation (V)

Transmittance simulation (épaisseur oxyde = 0,6 µm) Transmittance simulation (épaisseur oxyde = 1 µm)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Transmittance cellule 1 Transmittance cellule 2 Transmittance cellule 3

Tension d'adressage expérimentale (V)

Figure 169 : Comparaison entre simulation et mesures expérimentales lorsque l’on adresse l’électrode P+ et R+

Sur la figure 169, nous avons tracé les transmittances (courbes en traits continus) mesurées sur 3 cellules différentes provenant du même wafer, le cristal liquide d’étude est toujours le MLC-2062. Une analyse rapide de la courbe nous montre une tension d’adressage allant de 0 à 16V. Il s’agit de la valeur RMS signal carré de 32V crête à crête du générateur 1 dont le +16V est branché sur l’électrode P+ et le -16V sur l’électrode R+.

Les courbes de la figure 169 ne sont jamais superposées. Outre les défauts de fabrication et d’assemblage, nous mettons en doute la topologie de la cellule qui ne serait pas uniforme.

En superposant les courbes de simulations (en traits + points) et les courbes expérimentales, nous observons que les courbes de transmittances expérimentales sont situées dans l’intervalle formé par les deux courbes de simulation. Cela implique que la topologie de la cellule a une influence sur la transmittance statique. Nous avons également reproduit la même procédure avec les électrodes P+ et R- et les mêmes tendances sont observées.

Bilan de l’étude :

Pour cette validation expérimentale, nous avons cherché à vérifier si l’effet cage de faraday pouvait être reproduit expérimentalement. Des défauts sont apparus lors de l’assemblage et n’ont pas permis de vérifier si les électrodes pixels pouvaient fonctionner de manière optimale comme cela a pu être montré en simulation.

L’effet cage de Faraday a pu être vérifié, car aucune transmittance n’a pu être observée lorsque l’on adresse uniquement les électrodes de retour avec le frottement adéquat.

Nous avons également montré le fonctionnement des électrodes de retour grâce à la méthode de la figure 168 qui exclut l’hypothèse des électrodes de retour défectueuses lorsqu’elles sont adressées.

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4.3. Validation expérimentale de la configuration possédant deux paires