Liquid Crystal Display

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1 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. BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 1

2 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 BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 2

3 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.. BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 3

4 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. BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 4

5 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. BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 5

6 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. BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 6

7 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). BAC PRO SEN TECHNOLOGIE DES ECRANS LCD Page 7