Des études fondamentales de cristaux liquides développées au Laboratoire de physique des solides* d'Orsay ont été à l'origine de la création d'une PMI francilienne, Nemoptic. Elle exploitera les brevets déposés par ce laboratoire sur les nématiques** bistables pour réaliser des dispositifs d'affichage à faible consommation d'énergie et de grande surface suivant une technologie originale et moins coûteuse que les technologies d'écrans plats actuelles.

  L'affichage d'une information sur les écrans de montres, de calculatrices ou d'écrans d'ordinateurs à cristaux liquides (LCD : "liquid crystal display") est obtenu par l'inscription de points bien déterminés, sombres ou clairs ("pixels"), résultant de la modification des propriétés optiques d'un cristal liquide par l'application de tensions électriques faibles sur ces points. Les cristaux liquides sont des liquides constitués de molécules allongées présentant des organisations collectives de leurs axes d'orientation semblables à celles que l'on peut trouver dans des cristaux. Dans le cas des nématiques, les molécules sont toutes alignées dans la même direction ; dans celui des cholestériques, les axes tournent suivant une hélice. Dans un dispositif LCD, on enferme le cristal liquide dans des cellules, entre deux surfaces. On prépare la plupart du temps celles-ci de façon à orienter le cristal liquide dans une direction définie sur l'interface. On dit que les molécules du cristal liquide sont ancrées sur ces surfaces.

  L'élasticité de ces matériaux est telle qu'en appliquant un champ électrique de faible intensité, on peut agir sur l'orientation des molécules. Comme leurs propriétés optiques dépendent de leur orientation par rapport à la lumière incidente, il devient possible de moduler localement - à l'échelle d'un pixel - ces propriétés dans une couche de cristal liquide comprise entre deux électrodes transparentes. Lorsqu'on perturbe la couche au moyen d'un champ électrique, on crée une nouvelle configuration, donc un nouvel état d'affichage. Si l'on supprime le champ, la configuration est ramenée à son état antérieur stable par l'ancrage sur les surfaces. Et l'information est alors perdue. L'obtention d'un affichage permanent nécessite donc de pouvoir disposer d'une source d'énergie permanente qui maintient le cristal liquide hors de sa configuration stable. Cela est rédhibitoire en vue d'applications au "papier électronique" (journaux, livres, étiquettes, porte-monnaie électronique) ou bien aux systèmes mobiles (comme les téléphones, dont on désire accroître l'autonomie).

  Si l'on veut limiter la consommation d'énergie aux moments des seuls affichages ou effacements, il faut inventer un dispositif dans lequel le matériau s'oriente dans deux états stables, c'est-à-dire imaginer des cellules bistables. Des travaux fondamentaux menés depuis près de quinze ans par l'équipe*** du Laboratoire de physique des solides d'Orsay, ont permis de proposer une solution particulièrement élégante à ce problème. Ces travaux portaient sur l'optique, l'élasticité et l'hydro-dynamique des cristaux liquides, ainsi que sur les ancrages de leurs molécules sur des surfaces solides. Ils ont permis d'obtenir des cellules cristal liquide bistables. Les deux états stables, (a) et (b), présentent des propriétés optiques différentes. Ils sont représentés sur la figure, en même temps que l'état (c), obtenu en présence de champ.

  L'application d'un champ électrique a pour effet de distordre les états (a) ou (b) en (c), où le cristal liquide est aligné selon le champ dans toute la cellule, y compris aux interfaces, par cassure des ancrages sur celles-ci. Si le champ décroît brutalement, les molécules à l'interface retournent rapidement à leur ancrage habituel, induisant des courants hydrodynamiques qui font basculer la configuration (c) vers l'état (b) dit "tordu". Si, en revanche, le champ décroît lentement, les effets hydrodynamiques sont absents et le système adopte la configuration (a), dite " parallèle ". C'est donc le profil de descente du champ électrique qui contrôle le passage d'un état d'ancrage à l'autre et donc le moment de l'affichage ou son effacement. La réalisation d'un tel dispositif requiert un traitement physico-chimique des surfaces beaucoup moins onéreux que beaucoup d'autres méthodes d'affichage, comme par exemple les matrices actives qui nécessitent l'installation d'un ou plusieurs transistors derrière chaque pixel. Cette nouvelle méthode permet d'envisager la réalisation d'écrans de grandes surfaces sur des supports souples, capables de garder leur affichage même en l'absence de source d'énergie.

La société Nemoptic

Le CNRS a constitué un portefeuille de brevets, pour protéger une technologie de cristaux liquides, "Nématique Bistable". Par l'intermédiaire de FIST (France innovation scientifique et transfert), le CNRS a cédé en juillet 1999 l'intégralité de ses droits de propriété sur le portefeuille de brevets à la société Nemoptic (Saint-Quentin-en-Yvelines) créée pour exploiter cette nouvelle technologie. Nemoptic regroupe des chercheurs issus du Laboratoire de physique des solides, comme Philippe Martinot-Lagarde, et des ingénieurs issus de la Société de fabrication d'instruments de mesures, dont Alain Boissier, actuellement PDG de Nemoptic. Ils espèrent que leur technologie pourra désormais, d'ici cinq ans, équiper 30 % des afficheurs produits dans le monde. FIST détient 20 % du capital de Nemoptic qui bénéficie du soutien de l'Anvar et du ministère de l'Éducation nationale de la recherche et de la technologie pour le développement de la technologie dans les cinq prochaines années.   Le Laboratoire de physique des solides d'Orsay et Nemoptic ont reçu un trophée décerné par Paris Île-de-France Capitale Économique, destiné à des "tandems" associant des laboratoires du CNRS ou de l'Université à des entreprises. Ces trophées récompensent les meilleures opérations de transfert de technologie réalisées en Région Île-de-France.

* CNRS-Université Paris 11.

** Il existe deux sortes de phases liquides cristallines, nématique et smectique. Dans la phase nématique (du grec nema, "fil"), les molécules sont parallèles entre elles, mais leur position est aléatoire comme dans un liquide ordinaire. Dans la phase smectique (du grec smekma, "savon"), les molécules sont orientées les unes par rapport aux autres et sont organisées en couches. Cependant, leur position est plus ou moins aléatoire à l'intérieur d'une couche.Un nématique bistable comporte deux états stables.

*** Georges Durand, directeur de recherche au CNRS, avec, en particulier, Philippe Martinot-Lagarde, professeur à l'Université de Paris-Sud.