Liquid Cristal Display

 

 

LCD - ACL

 

Liquid cristal display - Affichage cristaux liquides

 

 

L'écran LCD succede au cathodic, plus fin et moins lourd que celui ci, le LCD se fait vite une place sur le marché. Il est surtout utilisé pour les affchages de petites tailles ( calculatrices, ... ) puis devient la référence des écrans de television.Sa tecnhologie ne cesse de s'ameliorer, il passe du 7 segements aux points, du noir et blanc à la couleur.Nous verrons ici son fonctionnement ses ameliorations puis les differents types d'ecrans LCD.

 

 

Histoire de l'écran LCD

 

L’invention du terme "cristal liquide" date de… 1889 ! Et on ne la doit pas à un électronicien mais à un botaniste, F Reinitzer.

Cela dit, il faudra attendre 1968 pour qu'on s’y interresse et invente le premier afficheur à cristaux liquides.


En 1969, James Fergason découvre l’effet TN : twisted nematic ,l'effet twisted nematic est fondé sur le réalignement précisément contrôlé de molécules de cristaux liquides sous l'effet d'un champ électrique. Ce fut une découverte fondamentale dans la mesure où tous les écrans LCD que nous connaissont sont basé sur ce principe de rotation du plan de polarisation.

En 1973, G. Gray invente le cristal liquide biphénile qui permet de mettre en place des solutions à cristaux liquides stables aux conditions de pression et de température ambiantes.

Et dès 1986, NEC produit le premier ordinateur portable doté d’un afficheur à cristaux liquide (ACL pour les francophones, LCD pour le reste de la planète). En 1995, on commence à produire des dalles LCD de grandes diagonales, supérieures à 28 pouces (1 pouce = 25,4 mm = 2,54 cm ).

 

le cristal liquide

 

En résumé, les cristaux liquides sont des matériaux tenant par leurs propriétés physiques à la fois des solides et des liquides. Une des caractéristiques les plus intéressantes (qui est d’ailleurs celle mise à contribution dans les LCD) est leur pouvoir de s’orienter en fonction des tensions qui leurs sont appliquées.

 

 

 

 

 

Le pixel

 

On peut, en segmentant les électrodes d'une manière précise, et en les commandant électriquement de façon individuelle, former des caractères ou des chiffres. Chaque segment de l'image est appelé pixel.

 

 

fonctionnement du LCD

 

le LCD n’émet aucune lumière mais se comporte comme un interrupteur. Ainsi, un écran LCD dispose d’un rétro-éclairage blanc.

Celui ci utilise des cristaux liquides qui soumis à un courant éléctrique laissent passer ou pas la lumière (effet twisted nematic) pour obtenir ainsi l'image désirée. Ce faisceau lumineux passe à travers 3 matrices à cristaux liquides, devant chacune d'elles se trouve un filtre de couleur : un rouge, un vert et un bleu. En fonction du signal envoyé, les cristaux liquides vont plus ou moins laisser passer la lumière, celle-ci est alors concentrée sur un prisme central qui diffusera un seul faisceau lumineux et formera ainsi une image. L'écran LCD se décline sous deux formes : matrice active et matrice passive.

 

 

L'ecran LCD noir et blanc se comporte comme un interupteur

                                                   1-    éteint                                                                         2-       allumé

 

1- Lorsqu'aucune tension n'est appliquée, les cristaux se vrillent et sorientent perpendiculairement et laissent ainsi passer la lumière par le deuxième polarisateur. On distingue qu'un point de lumière,un pixel blanc.

2-Cependant dès qu'on applique une tension les cristaux s'alignent parallelement et ne laisse passer aucune lumière, nous avons donc un pixel noir.

 

 

Polarisation

 

Combiné à une source de lumière, la première plaque striée agit comme un filtre polarisant, ne laissant passer que les composantes de la lumière dont l'oscillation est parallèle aux rainures.

 

 

En l'absence de tension électrique, la lumière est bloquée par la seconde plaque, agissant comme un filtre polarisant perpendiculaire.

 

 

Sous l'effet d'une tension, les cristaux vont progressivement s'aligner dans le sens du champ électrique et ainsi pouvoir traverser la seconde plaque.

 

 

Effet TN, twisted nematic

 

L'effet twisted nematic permet de contrôler électriquement le cristal liquide de chaque sous-pixel comme une vanne.

On laisse passer plus ou moins de lumière à travers le cristal.

Ce faisant, on module la quantité de rouge, de vert et de bleu pour chaque pixel.

 

 

 

 

Super TFT ou ISP ( In-Plane Switching )

 

Il s’agit là d’une des premières évolutions de la technologie LCD censée corriger les plus gros défauts des TN + Film. (L’appellation de "Film" vient de l’ajout d’une couche sur l’écran dans le but d’augmenter l’angle de vision de l’écran. ).Dans un système IPS hors tension, les cristaux liquides ne subissent aucune rotation. Le second filtre étant toujours perpendiculaire au premier, la lumière ne passe pas. A l’écran, c’est un point noir parfait, profond.

Quand les cellules sont mises sous tension, deux électrodes appliquent un champ électrique aux cristaux qui, du coup, se trouvent positionnés perpendiculairement à leur position de repos. Ils sont donc cette fois alignés avec le filtre polarisé, la lumière passe.

 

 

 

 

Avantages : un meilleur angle de vision

inconvenient : plus lent à réagir que les écran TN ( grosse demande en énergie et long à appliquer )

 

 

 

Deux types d'ecrans LCD

 

En contrôlant localement l'orientation de ces cristaux il est possible de constituer des pixels. On distingue habituellement deux types

d'écrans plats selon le système de commande permettant de polariser les cristaux :

  • Les écrans dits à « matrice passive », dont les pixels sont contrôlés par ligne et par colonne. Ainsi les pixels sont adressés par lignes et par colonne grâce à des conducteurs transparents situés dans la dalle. Le pixel s'allume lors de son adressage et s'éteint entre deux balayages.

  • Les écrans dits à « matrice active », dont chaque pixel est contrôlé individuellement.

 

Matrice active

La technologie à matrice active (TFT) est la technologie d'écran laplus récente.

L'écran LCD à matrice active intègre des transistors qui accompagnent chaque pixel. Grâca aux transistors, lespixels peuvent s'allumer et s'éteindre très rapidement.

La présence de ces transistors élimine aussi tout phénomène d'interférences, qui diminue le contraste des écrans.

 

 

 

 

TFT twin film transistor

Technologie utilisée pour la fabrication des écrans à matrice active, elle consiste à insérer sous la surface de l'écran, de minuscules transistors qui commandent l'allumage de chaque pixel (trois par pixel, un par couleur). Le rendu et le confort d'utilisation est ainsi largement supérieur aux écrans à matrice passive.

 

 

 

 

Transistor:

Des transistors sont des semi-conducteurs que l'on utilise lors de la production de toutes sortes d'appareils électroniques, ici des écrans LCD.

 

Matrice passive

 

 

 

Dans un écran à matrice passive, ou FSTN(film super twisted nematic), une grille de câbles ou lignes de contrôles électroniques est placée sur les vitres avant et arrière. Un pixel est situé à chaque intersection de ligne de contrôle verticale et horizontale. Les écrans à matrice passive utilisent un seul transistor pour adresser chaque rangée et un seul pour adresser chaque colonne de pixels. Un pixel s'allume lorsque la rangée et la colonne sont toutes deux alimentées en courant électrique et s'éteint si la ligne ou la colonne n'est pas alimentée. Ce schéma d'adressage est appelé "multiplexage".

 

 

 

 

Il existe aussi pour les écrans LCD differents eclairages:

 

Le mode d’éclairage va permettre d’offrir des fonctionnalités de réglages avancées. Ainsi vous aurez accès à des champs plus ou moins larges dans certains domaines de réglages. Il existe 3 grands modes de réglages : l’éclairage transmissif, l’éclairage réflectif et l’éclairage transflectif.

- eclairage transmissif
L’écran fonctionne avec un rétro eclairgae
qui est le système le plus classique. Ce mode offre la possibilité de regler la luminosité, mais malheureusement la durée de vie du rétro éclairage est limitée, ainsi que la luminosité. De plus il faut tout le temps régler la luminosité en fonction de l’éclairage ambiant.

- eclairage reflectif
L’écran fonctionne avec
la reflecxion de la lumière extérieure. Ce système est très utilisé pour les montres, les PAD et les calculatrices.
Il offre l’avantage de donner une une lumière naturelle adaptée a l'eclairage ambiant
, de ce fait vous n’avez plus besoin de régler la luminosité. Cependant ce procédé montre ses défaillances en cas d’ambiance d’éclairage faible.

- eclairage transflectif
Combinaison des deux systèmes précédents, l'éclairage transflectif fonctionne de la même manière que l'éclairage transmissif lorsque la lumière ambiante est assez forte et utilise l'éclairage réflectif lorsque celle-ci est trop faible.

 

Pour l'éclairage transimitif et le transflectif, des neons sont utilisés ( ou tubes CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamps ). Mais un nouveau types d'éclairages les remplacent petit à petit.

 

 

LCD LED

 

 Les ecrans du marché vont bientot utiliser les LED( blanches ou bien rouges, vertes, bleues ) et ainsi ameliorer le rendu des couleurs, elle seront moins ternes et cela diminura la consommation d'énergie.

Les nouveaux ecrans vont inaugurer une nouvelle dalle LCD à technologie de rétroéclairage LED qui n'est plus basée sur un système à néon mais à LED.Le principe du LCD ne change pas.

En fonction des tensions électriques, des cristaux liquides s'orientent et laissent ou non passer la lumière à travers des filtres rouges, verts et bleus. Sauf que la source d'éclairage, basée sur plusieurs néons, est remplacée par une matrice de 2160 diodes électroluminescentes rouges, vertes et bleues. Là où l'on n'arrivait pas à afficher avec un LCD classique une lumière blanche uniforme, un éclairage LED y arrive à la perfection. D'autant que (toujours contrairement aux néons) l'intensité des LED peut être réglée. Conséquence visible à l'œil nu : la reproduction des couleurs est supérieure.

 

 

 

 

Avantages et inconvénients:



avantages:

-grande luminosité

-faible consommation (celle ci est essentiellement due à l'éclairage )

- moins cher que que plasma

- léger pour sa grande taille, facilement manipulable par rapport à un cathodique.

 

inconvénients:

-difficiles à fabriquer

- noir, qui tend vers le gris( les cristaux laissent tjr échapper un peu de lumière or un vrai noir équivaut a une absence totale de lumière ),

-assez fragiles

-leur taille est limitée

 

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