Transcript Ecran LCD - BAC PRO SEN

La technologie des écrans LCD
Liquid Crystal Display
1- Structure des cristaux liquides :
Sous sa forme élémentaire, une cellule à
cristaux liquides se présente sous l’aspect
de deux lames de verre, sur la face
interne desquelles ont été déposées deux
minces couches conductrices
transparentes, formant les électrodes de
commande.
Les cristaux liquides nématiques sont constitués de molécules organiques allongées. A l’état naturel,
elles s’organisent grossièrement avec les axes alignés. Lorsqu’on verse ce produit sur une plaque
finement gravées de sillons parallèles, les molécules s’alignent parallèlement à ces sillons.
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Lorsqu’on place de telles molécules entre deux
plaques gravées de sillons orientés de manière
différentes, l’orientation des molécules passe
graduellement d’une direction à l’autre et
s’organise donc en hélice. On obtient ainsi un
cristal liquide dit « nématique twisté » (type
TN : Twisted Nematic).
2- Propriété optique des cristaux liquides :
Figure 1 : La cellule étant placée entre deux polariseurs, lorsqu’aucun champ électrique n’est appliqué,
la cellule est transparente à la lumière incidente.
Figure 2 : Lorsqu’un champ électrique est appliqué à la cellule, celui-ci effectue l’alignement des
molécules, s’opposant ainsi à la transmission de la lumière incidente.
Lumière
transmise
Lumière
bloquée
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3- Les dispositifs de commande
Matrice passive : les électrodes X sont déposées sur le substrat inférieur des cellules à cristaux
liquides et les électrodes Y sont sur le panneau supérieur.
On applique les signaux de commande aux
conducteur X et Y avec une chronologie
appropriée pour sélectionner le pixel voulu. Le
dispositif de commande étant extérieur, la
conception de ces matrices est simple.
Toutefois,
elles
sont
inadaptées
aux
applications TV, du fait de temps de réponse
lent.
Matrice active : La principale caractéristique de ce type d’écran réside dans le fait que
chaque cellule élémentaire (pixel) à cristaux liquides est reliée à la matrice d’électrodes
par un commutateur intégré.
Ce qui rend possible l’adressage
individuel de chaque cellule en activant
ces commutateurs ligne par ligne,
séquentiellement, comme pour le
balayage TV. Le plus souvent ces
commutateurs sont constitués par des
transistors à effet de champ, en couche
mince (TFT : Thin Film Transistor),
disposés sur un substrat de verre, la
matrice proprement dite étant
constituée par un réseau de lignes et de
colonnes, aux points d’intersection
desquelles sont reliées les TFT de
commutation.
.
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Les transistors sont mis à profit
pour charger un condensateur de
stockage, associé à chaque cellule
élémentaire, dont la mission
consiste à conserver l’information
jusqu’à l’excitation suivante de la
ligne concernée. Information se
traduisant par une charge
électrique engendrant un champ
électrique
Dans le cas des afficheurs LCD couleurs, la fabrication de l’écran à cristaux liquides
nécessite la mise en œuvre d’un deuxième substrat de verre servant de support à une
mosaïque de filtres colorés, rouge, vert et bleu, indispensable à la restitution des
images en couleur par synthèse additive de ces composantes primaires.
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4 -Les commandes de l’afficheur :
Dans une matrice LCD active, les pixels sont pilotés via le transistor TFT. Celui-ci reçoit
une commande d’adressage(YN) qui le sature, ce qui permet au signal (sur XN) de
charger la capacité et de contrôler le pixel.
VCOM consiste en une polarisation stable.
Les lignes de contrôle Y sont commandées
par le circuit driver vertical.
Le circuit driver vertical utilise des
bascules D pour réaliser un registre à
décalage. Les lignes Y se trouvent donc
commandées séquentiellement.
Les impulsions générées par ce circuit
saturent les transistors connectées sur les
lignes Y pour une période de une ligne .
Les lignes X sont commandées par le circuit driver horizontal qui est un registre à
décalage.
Les impulsions générées par ce circuit saturent les transistors connectés sur ses sorties
pour une période de un pixel.
Les lignes X se trouvent séquentiellement alimentées par le signal vidéo.
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5- Les limitations de l’angle de vision
Un observateur 1 situé dans l’axe perçoit un faisceau lumineux qui a parcouru un trajet
de longueur d1 dans le cristal liquide CL.
L’observateur 2 est situé hors de l’axe.
La lumière qui l’atteint a parcouru un
trajet d2 dans la cellule. Or la rotation
de la polarisation est proportionnelle à la
longueur du trajet parcouru dans le
milieu, donc tout se passe comme si le
faisceau 2 avait traversé une cellule
différente, plus épaisse ou comme s’il
avait traversé la même cellule dans les
mêmes conditions géométriques que le
faisceau 1 mais avec une tension
d’alimentation différente (c’est à dir un
signal vidéo différent) aux bornes de la
cellule.
De plus, dans le cas de niveaux de gris modérés, les molécules s’alignent grossièrement dans une
position inclinée par rapport aux faces de la cellule.
L’inclinaison apparente est très différente selon la position de l’observateur, il en résulte donc des
luminosités et des couleurs très différentes.
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6- Les sources de lumière :
La matrice LCD elle-même n’émet pas de lumière.
Un système de rétro-éclairage est donc nécessaire pour fournir cette lumière qui doit être la plus
uniforme possible.
Les sources de lumière les plus utilisées sont les tubes fluorescents appelés CCFL ( Cold cathode
Fluorescent Lamp). Ces tubes sont appelés à cathode froide car ces lampes n’ont pas besoin de
préchauffage du filament, de telle sorte que les électrodes aux extrémités de la lampe restent à
basse température.
Une alimentation qui génère approximativement 1000 à 1500 V RMS (tension de démarrage) est
nécessaire pour piloter un CCFL.
Les décharges dans le tube débutent lorsqu’une haute tension (environ 1000V) est appliquée entre les
électrodes du CCFL.
Lorsque le courant traverse le CCFL, l’impédance du tube baisse et la tension aux bornes des
électrodes baissent aussi. Ensuite, la baisse de la tension s’arrête, et le CCFL montre alors une
caractéristique à tension constante, appelée tension de fonctionnement du CCFL (environ 400 V).
Eclairage LED
Le LCD LED propose un éclairage à base de diodes LED placées derrière l’écran. Les
avantages de ces diodes LED sont nombreux, elles émettent un éclairage plus lumineux et
plus localisé que le néon, ce qui permet des contrastes bien plus importants, elles clignotent
rapidement et permettent d’offrir des fréquences de rafraîchissement plus élevées et plus
efficaces que le LCD CCFL.
Les LED consomment beaucoup moins que les néons, les dalles chauffent moins, elles
bénéficient aussi d’une meilleure durée de vie que les LCD « Classiques ». Les diodes étant
plus petites que les néons, les dalles bénéficient aussi d’une épaisseur très réduite. Par
contre, les LED ont souvent la fâcheuse tendance à proposer du clouding (luminosité non
homogène sur toute la surface de la dalle).
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