AFFICHEURS A CRISTAUX LIQUIDES 1- Généraliés 1-1 Descripion : Les afficheurs à crisaux liquides son des modules compacs inelligens e nécessien peu de composans exernes pour un bon foncionnemen. Ils son relaivemen bons marchés e s'uilisen avec beaucoup de facilié. Plusieurs afficheurs son disponibles sur le marché e ne diffèren les uns des aures, non seulemen par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 8 caracères), mais aussi par leurs caracérisiques echniques e leurs ensions de service. Cerains son doés d'un réro éclairage de l'affichage. Cee foncion fai appel à des LED monées derrière l'écran du module, cependan, ce éclairage es gourmand en inensié (25 ma max.). 1-2 Schéma foncionnel : Vled E R/W RS D à D7 Vcc Conrase Masse Réroéclairage Conrôleur Circui de Commande Comme le monre le schéma foncionnel, l'affichage compore d'aures composans que l'afficheur à crisaux liquides () seul. Un circui inégré de commande spécialisé, le -conroller, es chargé de la gesion du module. Le "conrôleur" rempli une double foncion : d'une par il commande l'affichage e de l'aure se charge de la communicaion avec l'exérieur. 1-3 Connexions : Les connexions à réaliser son simples puisque l'afficheur dispose de peu de broches. Il fau, évidemen, l'alimener, le connecer à un bus de donnée (4 ou 8 bis) d'un microprocesseur, e connecer les broches Enable (validaion), Read/Wrie (écriure/lecure) e Regiser Selec (insrucion/commande). TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 1/7
2- Principe d'un afficheur à crisaux liquides Un afficheur à crisaux liquides n'éme aucune lumière en l'absence de source lumineuse exérieure. Le principe physique es de soumere un corps pur don l'éa es plus proche de l'éa liquide que de l'éa crisallin à l'effe d'un champ élecrique. Ce éa inermédiaire enre liquide e solide es désigné par éa némaique caracérisé par une orienaion différene des molécules du crisal liquide, qui laisse passer la lumière en l'absence de ension e qui s'opposen au passage de la lumière en présence de ension. Elecrodes ransparenes LUMIERE Elecrodes ransparenes LUMIERE Liquide némaique La lumière raverse le crisal liquide Coupe d'un afficheur à crisaux liquide : Plaque de verre Le crisal liquide es rendu opaque La lumière ne raverse plus. (1)Elecrode ransparene découpée suivan les segmens (oxyde d'indium) (2)Liquide némaique Joins à l'argen (3)Elecrode arrière réfléchissane (aluminium) Connexions Plaque de verre La différence de poeniel es appliquée enre l'élecrode ransparene e découpée suivan les segmens à afficher (1) e l'élecrode réfléchissane (3). Eclairé par une lumière exérieure : En l'absence de ension enre les deux élecrodes le liquide némaique (2) es ransparen e la lumière es oalemen réfléchie par l'élecrode méallique (3). En présence de ension enre les deux élecrodes le liquide némaique es opacifié, la lumière n'es plus réfléchie, le segmen es affiché. 3- Propriéés d'un afficheur à crisaux liquides 3-1 Temps de commuaion ou emps de réponse : Après la mise sous ension, un emps de reard à la mise en foncionnemen s'écoule jusqu'à ce qu'une variaion de conrase apparaisse. Le emps de monée es mesuré enre 1% e 9% du conrase. De la même manière, il exise un emps de reard ou de reombée. TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 2/7
Les emps de réponse son foncion de la viscosié de la subsance ainsi que de l'épaisseur de la cellule : la viscosié e les emps de réponse décroissen quand la empéraure croi. A 25 C, les emps de réponse son de l'ordre de 4 ms pour le emps d'éablissemen e de l'ordre de 4 à 8ms pour le emps de dispariion. Ce paramère représene un des gros inconvéniens des. (ms) 1 4 Temps de dispariion Temps d'éablissemen 1 4 1 4 1 T( C) 2 4 6 8-4 -2 3-2 Tension de foncionnemen : Le conrase e le emps de commuaion dépenden de la ension de foncionnemen. Avec une ension de foncionnemen croissane, le emps de la mise en foncionnemen diminue alors que le emps de dispariion augmene. Le dépassemen de la ension maximale de foncionnemen rédui considérablemen la durée de vie du. 3-3 Couran de foncionnemen : Le schéma équivalen d'un peu se représener comme ci-dessous : R1 C R2 R1 es la résisance série des élecrodes e R2 la résisance du crisal. C représene la capacié de la subsance némaique. Les valeurs ypiques son R1 = 1 KΩ, R2 = 1MΩ.cm² e C = 1,5nF/cm². Les uniés son cohérenes car R1 es foncion uniquemen de la longueur des élecrodes e peu êre considérée comme consane. R2 diminue e C augmene quand la surface du segmen croi, ce qui correspond à une mise en parallèle des segmens uniaires. TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 3/7
Les afficheurs à crisaux liquides son donc une charge capaciive pour la source de ension; le couran de foncionnemen es de ce fai, linéairemen dépendan de la ension e de la fréquence de commande. La faible capacié enraîne une rès faible consommaion en couran. Pour 3 Vols e 33Hz, il es d'environ 1µA/cm², où seule la surface des segmens solliciés absorbe ce couran. Ce paramère es le poin for des. 3-4 Fréquence de foncionnemen : Les afficheurs doiven êre alimenés en ension alernaive. La fréquence es limiée vers le bas par un effe de scinillemen sur l'œ il e vers le hau par la consane de emps RC de la résisance d'alimenaion des pises e de la capacié des segmens. Le phénomène de scinillemen apparaî pour des fréquences inférieures à 3 Hz. La fréquence supérieure es généralemen de l'ordre de 2 Hz. L'applicaion de ensions coninues supérieures à 5 mv n'es pas admissible, parce que ces ensions provoqueraien alors des réacions d'élecrolyse sur le crisal liquide qui peuven réduire foremen la durée de vie (segmen qui rese visible en permanence). 3-5 Conrase : Le conrase C es le rappor de brillance pour une ension appliquée par rappor à une ension coupée. Il croi quand la ension de foncionnemen augmene. Le conrase maximum dépend beaucoup des polariseurs de lumière uilisés mais aussi de l'éclairage de l'afficheur. En foncion du mode d'éclairage e des polariseurs, on différencie : Les afficheurs ransmiifs (seulemen pour éclairage par ransmission) : l'afficheur es éclairé par l'arrière. Les afficheurs réflecifs (seulemen pour éclairage par réflexion) : Une feuille réfléchissane es placée derrière l'afficheur. Ce afficheur s'uilise uniquemen en lumière ambiane. Ce mode de foncionnemen présene une rès bonne lisibilié e un conrase élevé. TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 4/7
Les afficheurs ransflecifs (pour éclairage par réflexion e ransmission) : Une feuille semiransparene es placée derrière l'afficheur ransmiif. Cee feuille ransme environ 47% de la lumière incidene e en réfléchi environ 52%. Le conrase dépend de l'angle de visée α e de la direcion de visée φ. α es considéré comme "angle Zénih" des perpendiculaires à la surface e φ comme azimu de la direcion "3 heures". a 18 9 f 27 Le conrase diminue quand l'angle α augmene. 3-6 Maniemen : Absracion faie de la empéraure de sockage, les afficheurs à crisaux liquides son rès robuses e peuven êre manipulés comme de simples plaques de verre. Il fau seulemen enir compe du fai que les polariseurs son en maière plasique e donc sensibles aux rayures e aux solvans. Les segmens non uilisés doiven êre reliés à l'élecrode arrière (Back plane) pour empêcher les allumages inempesifs. En manipulan les afficheurs, des irisaions peuven apparaîre. Cela correspond à une désorienaion ransioire du crisal liquide, due à la déformaion de l'afficheur. 3-7 Commande : Commande direce : Chaque segmen es connecé séparémen. On uilise une commande par inversion de phase. Un signal carré es appliqué au commun (Elecrode arrière). Le même signal en phase ou en opposiion de phase, es appliqué sur chaque segmen (Elecrode avan). La différence de ension enre l'élecrode avan e arrière déermine le niveau de ension de commande de l'afficheur. Lorsque les ensions son en phase, le segmen es éein (OFF). Lorsque les ensions son en opposiion de phase, le segmen es allumé (ON) e la ension efficace résulane es égale à deux fois la ension de commande des circuis uilisés. TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 5/7
U COM Tension à l'élecrode arrière U COM Tension à l'élecrode arrière U seg U Tension au segmen non solicié U seg U Tension au segmen solicié Différence de ension effecive sur le segmen non solicié SEGMENT ETEINT Différence de ension effecive sur le segmen solicié (U seg -U COM) SEGMENT ALLUME Ce mode de commande es généralemen uilisé pour les afficheurs comprenan un nombre limié d'informaions. Commande muliplexée : Ce ype de commande à pour bu de réduire le nombre de connexions. La configuraion des liaisons de l'afficheur es conçue pour avoir auan de communs que de segmens reliés enre eux par la même élecrode. C'es le nombre de communs qui déermine le nombre de muliplexage. Ce arrangemen équivau à une marice don les inersecions lignes-colonnes représeneraien les segmens à commander. Les lignes figuren les communs e les colonnes les groupes de segmens. BP1 S1 S2 a S3 f b BP2 g e c BP3 Backplane d Segmen DP BP1 BP2 BP3 f e a g d b c DP S1 S2 S3 SN Les afficheurs éan des élémens capaciifs, on ne peu comme dans les LED commandés par couran avoir un éa oalemen bloqué ou oalemen passan. Les nécessien que la valeur TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 6/7
efficace de la ension alernaive résulane à l'inersecion ligne-colonne se siue soi au-dessus soi audessous de Vs pour que le segmen s'allume ou non. L'élecronique de commande devra à chaque insan reconnaîre à chaque insan chaque poin de la marice. La commande muliplexée d'un afficheur pourra se définir comme la gesion de n(lignes) par m(colonnes). Ci-dessous un exemple de signaux de commande relaif à un mux 1:3 (muliplexage sur 3 communs). Communs BP1 selec ensions résulanes BP1 BP2 selec - - on BP2 BP3 BP3 selec - - off Groupes de segmen SG1 "on " - - on SG2 "off..." SG3 "on/off.." : largeur d'impulsion V on RMS =.638.V op V off RMS =.333.V op D = V on /V off = 1.915 f : fréquence de répéiion Les performances de l'afficheur son déerminées par la valeur du rappor V on /V off. C'es le faceur P =( V on /V off ) /V off qui déermine les capaciés de muliplexage. TERMINALE S.T.I génie élecrique THEME INDUSTRIEL 1998-99 Afficheur à crisaux liquides page 7/7