Contribution à l'optimisation de la qualité de régulation lumineuse de films composites (études physicochimiques aux interfaces matrices-fluides complexes)

Abstract

La perspective générale de ce travail parle sur la relation entre les propriétés structurales et le comportement électrooptique des dispersions cristal liquide/polymère afin de contribuer à une meilleure connaissance des paramètres qui influencent leur comportement sous champ électrique. Plus fondamentalement, les phénomènes de polarisation, de confinement (rapport surface/volume) et la nature de l'ancrage sont investigués. Dans un premier temps, les propriétés thermophysiques, optiques et électriques, de composites polymère-cristal liquide ont été étudiées dans le cas d'un système modèle simple composé d'un polymère parfaitement caractérisé (polystyrène monodispersé (PS)) et d'un cristal liquide nématique (5CB). L'étude thermophysique par calorimétrie (AED) et microscopie optique polarisée (MOP) a montré que les diagrammes de phases présentent une température critique maximale de démixtion ainsi qu'un large domaine d'incompatibilité caractérisé par un domaine Isotrope-Isotrope. La spectroscopie diélectrique a permis de mettre en évidence un mécanisme de relaxation à basse fréquence qui est étroitement lié à la morphologie de l'échantillon. La corrélation entre les résultats des études diélectriques et électrooptiques a montré qu'au voisinnage du domaine d'absorption basse fréquence une diminution importante de la transmittance a lieu. Ce phénomène a été attribué au processus de relaxation interfaciale (Maxwell-Wagner-Sillars (MWS)) résultant de l'accumulation des charges à l'interface gouttelette-polymère lesquelles écrantent le champ électrique externe appliqué. Dans un second temps, l'étude du systèmePS/8CB a mis en évidence l'influence du confinement qur la réponse électrooptique, d'une part, et, d'autre part, sur le paramètre d'ordre de la phase liquide cristalline ségréguée. L'AED a montré que la fraction de cristal liquide ségréguée est de l'ordre de 55 % pour les deux systèmes étudiés (gouttelettes microniques et gouttelettes submicroniques). L'étude en diffraction de rayons X a montré que dans le cas de goutelettes microniques, le cristal liquide confiné présente des caractéristiques du mésogène à l'état massif (smectique A), alors que dans le cas de goutelettes submicroniques, le cristal liquide confiné adopte une structure de type smectogène. Dans un troisième temps, l'étude comparative de deux systèmes structurellement proches a montré la capacité d'imposer un ancrage donné grâce à la modification de la chaîne latérale de la matrice polyacrylate et que les meilleures performances électrooptiques ont été obtenues avec le système présentant un ancrage planaire. Ce résultat a été attribué à la dynamique de réorientation des gouttelettes qui est plus rapide, en tension et en fréquence, dans le cas d'un ancrage planaire comparativement à un ancrage homéotrope des gouttelettes. Enfin, la réalisation d'afficheurs "tout plastique" combinant la bonne tenue mécanique des films PDLC et l'utilisation de substrats plastiques recouverts d'électrodes organiques conductrices, a été mise en évidence. La présence d'un mode de relaxation basse fréquence attribué à la polarisation interfaciale (effet MWS) et un processus de relaxation à plus haute fréquence correspondant, a priori, à la charge en surface des électrodes organiques, a permis de réaliser un filtre électrooptique interférentiel.This work is devoted to the study of the relationship existing between the structural properties and the elctro-optical behaviour of liquid crystal/polymer dispersions. In particular, the physical parameters influencing the electrical and electrooptical characteristics are investigated. Polarization field effect, confinement (surface/volume ratio) effect, and anchoring conditions at the polymer/liquid crystal interface are studied. First, thermophysical, optical and electrical properties of a model system are investigated. This system consists in a perfectly characterized polymer (monodisperse polystyrene (PS)) and a nematic liquid crystal (5CB). Calorimetry (DSC) and polarized optical microscopy (POM) were used to establish the phase diagram which exhibits a upper critical solution temperature (USCT) shape with a wide immiscibility gap (Isotropic-Isotropic). Broadband dielectric spectroscopy experiments have been carried showing that a relaxation mechanism exists at low frequency.This mechanism is closely related to the heterogeneous morphology of the sample. The correlationbetween the dielectric and electro-optical studies showed that in the vicinity of the low frequency absorption domain a drastic decrease in the optical transmittance occurs. This phenomenon can be related to an interfacial polarisation process (Maxwell-Wagner-Sillars effect (MWS)) resulting from a charge accumulation at the droplet-polymer interface. Second, the influence of confinement on the order parameter of the confined liquid crystal phase and polarisation field effects have been investigated on PS/8CB mixtures. DSC measurements allowed to estimate the phase-separated liquid crystal (8CB) fraction, which was found in the range of 55 % for both micron-size and submicron-size droplets. X-ray diffraction (XRD) experiments showed that smectic 8CB confined to micron-size cavities adopt bulk-like properties, i. e., a partial bilayer structure, whereas in submicron-size droplets the layer spacing of the smectic phase is increased due to the strong bending deformations inducing by the high curvature of the cavity walls. Third, a comparative study of two structurally close systems showed the ability to impose given anchoring conditions using various lateral substituants for the polymer matrix. Best electro-optical performances were obtained with the system showing a planar anchoring in the droplets. This result was related to faster reorientation dynamics of the liquid crystal droplets, in the case of a planar anchoring compared to that of a homeotropic anchoring of the liquid crystal molecules. Finally, "all plastic" display devices were reported combining the mechanical performance of polymer dispersed liquid crystal film and the use of plastic substrates covered with conducting organic electrodes. A low frequency relaxation process was observed corresponding to interfacial polarization process (MWS effect) as well as a relaxation mechanism at high frequency associated with a charge accumulation at the electrode surface.DUNKERQUE-BU Lettres Sci.Hum. (591832101) / SudocSudocFranceF