Les afficheurs LCD N.NASRI

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Les afficheurs LCD

Par N.NASRI

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Introduction:

Les afficheurs à cristaux liquides, autrement appelés afficheurs LCD (Liquid Crystal Display), sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes pour un bon fonctionnement. Ils consomment relativement peu (de 1 à 5 mA), sont relativement bons marchés et s'utilisent avec beaucoup de facilité.

Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et diffèrent les uns des autres, non seulement par leurs dimensions, (de 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères), mais aussi par leurs caractéristiques techniques et leur tension de service. Certains sont dotés d'un rétro éclairage de l'affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées derrière l'écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en intensité (de 80 à 250 mA).

Définition:

Un cristal liquide est produit de la chimie organique, qui possède les propriétés optiques des cristaux solides alors qu’il est lui-même liquide.

Ses molécules ont la forme de cigares susceptible de s’orienter très rapidement dans le sens de tout champs électrique qu’on lui applique. En l’absence de ce dernier, les molécules s’orientent aléatoirement dans toutes les directions.

Présentation :

L'afficheur LCD utilise la polarisation de la lumière, grâce à des filtres polarisants, et à la biréfringence de certains cristaux liquides en phase nématique (phase intermédiaire entre liquide et solide), dont on peut faire varier l'orientation en fonction du champ électrique. Du point de vue optique, l'afficheur à cristaux liquides est un dispositif passif (il n'émet pas de la lumière) dont la transparence varie ; il doit donc être éclairé.

D'abord disponible en monochrome et en petite taille, il est utilisé dans les calculatrices et les montres, du fait de sa faible consommation électrique. Il permet actuellement d'afficher en couleurs dans des dimensions dépassant le mètre de diagonale. Il a pu remplacer le tube cathodique dans la plupart des applications, sauf en très haute définition, lorsque la palette de couleurs doit être précise et fidèle.

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Principe de fonctionnement :

L’afficheur LCD est constitué de deux polariseurs dont les directions de polarisation forment un angle de 90°, de chaque côté d'un sandwich formé de deux plaques de verre enserrant des cristaux liquides. À chacune des interfaces avec les cristaux liquides, une couche de polymère, généralement un polyimide, rainurée assure l'ancrage des molécules au repos.

Afficheur 3 chiffres

1 & 5 : filtres polarisants (lames polarisantes) 2 : électrodes avant 3 : cristaux liquides 4 : électrode arrière 6 : miroir Les deux faces internes des plaques de verres comportent une matrice d'électrodes transparentes, une (noir et blanc) ou trois (couleur) par pixel. L'épaisseur du dispositif et la nature des cristaux liquides sont choisis de manière à obtenir la rotation désirée du plan de polarisation en l'absence de tension électrique. Dans les afficheurs de grande dimension, on ajoute des éspaceurs (petites billes transparentes) dans l'espace rempli de cristaux liquides, pour maintenir la très faible épaisseur (20 µm) constante et précise.

L'application d'une différence de potentiel , plus ou moins élevée, entre les deux électrodes d'un pixel entraîne un changement d'orientation des molécules, une variation du plan de polarisation et donc une variation de la transparence de l'ensemble du dispositif.

Cette variation de transparence est exploitée par un rétro éclairage, par réflexion de la lumière incidente ou par projection.

Si aucune tension n’est appliquée entre les électrodes, le liquide fait tourner la direction de polarisation de 90 degré. Ce qui permet à la lumière ambiante de s’y réfléchir. Puis ressortir du système .L’afficheur est alors l’aspect d’un miroir clair uniforme.

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Remarque :

Il existe deux types d’affichage :

a- Par pixels b- Par segments

Affichage par segments et par pixels

Les électrodes des pixels ne sont accessibles que par ligne ou colonne entières et la commande d'allumage ou d'extinction doit se faire par un balayage régulier des lignes de points. Les petits afficheurs LCD monochromes reposent sur le même principe mais utilisent souvent des électrodes avant en forme de segments de caractère de façon à simplifier l'électronique (commande directe en tout ou rien) tout en obtenant une très bonne lisibilité (pas de balayage).

Constitution d'une cellule à cristal liquide :

Constitution d'un afficheur à cristaux liquides :

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Les caractéristiques d'un afficheur LCD :

Il existe six caractéristiques :

Définition : Le nombre de points constituant l'image visible (en nombre de pixels). Dimensions : Le plus souvent c'est la diagonale qui est indiquée en pouces (1pouce=2,54cm). Luminosité : équivalente à la luminance mesurée en cd/m² (candela/m2). Contraste : Le rapport de luminosité entre un pixel blanc et un pixel noir. Exemple : pour un écran informatique, la valeur recommandée est d'environ 100 cd/m². Angle de vision : (horizontal et vertical) : Indique jusqu'à quel angle peut-on observer l'image avec un contraste supérieur à 10. [On est à 178 degré] Temps de réponse : Il est définit par le temps total de l'aller retour :

Blanc Noir Blanc

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Les valeurs courantes en 2006 :

Moniteurs Téléviseurs Projecteurs

Définition en nombre de pixels 2560×1600 1920×1080 1920×1080

Diagonale (pouce) 30 (76 cm) 47 (1,20 m) 0,8 (2 cm)

Angle de vision 178° 178° -

Contraste 1000 600 3000

Luminosité ( cd/m²) 450 600 -

Temps de réponse (ms) 16 ms 8 ms -

Procède de Fabrication :

Le processus de fabrication des dalles LCD est très automatisé et utilise une succession de machines de très haute précision en atmosphère contrôlée. Le point de départ de chaque face est une dalle de verre de grande dimension (jusqu'à 1,9 m par 2,2 m pour la "génération 7") sur laquelle sont préparés plusieurs écrans simultanément. Elles sont découpées après l'assemblage par collage des deux côtés.

Le verre utilisé doit pouvoir être produit en faible épaisseur (inférieure au millimètre) et résister aux différents traitements chimiques et thermiques sans déformation (température de transition vitreuse supérieure à 600° C) ni perte de transparence (résistance aux dérivés fluorés). À cet effet, on utilise des verres à forte teneur en silice, sans addition de baryum.

La vitre avant reçoit successivement les pigments du masque coloré, une couche de protection, une couche d'ITO (électrode avant) puis de polyimide. Celle-ci est légèrement rainurée par frottement avec un velours spécial. La vitre arrière suit un processus plus complexe : dépôts de silicium, de métaux pour les électrodes, les lignes de données et condensateur (Tantale, Aluminium), oxydation, photolithographie, puis espaceurs et finalement le polyimide.

L'assemblage par collage doit être extrêmement précis (de l'ordre du micromètre) pour assurer une parfaite correspondance entre le masque coloré et les sous-pixels. Alors seulement l'ensemble est rempli avec la solution de cristaux liquides. La dernière opération est l'application d'un film polarisant (acétate de polymère) de chaque côté de l'assemblage.

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Applications :

Les afficheurs LCD sont utilisés dans :

Les montres

Les calculettes

Les écrans informatique

Les écrans de TV

Remarque :(inconvenients du LCD)

Malgré tous ses avantages, le LCD a quelques inconvénients :

Les pixels mort

Illisible quand l’éclairage ambiant est faible.

Une luminosité limitée (problématique en plein soleil).

La consommation électrique de la source lumineuse.

La durée de vie des lampes.

Conclusion :

Contrairement aux diodes électroluminescentes, les afficheurs LCD ne produisent pas de lumière.

Les chiffres apparaissent en foncé sur fond clair, a condition de les observer sous l’éclairage ambiant.

Le principale intérêt de ce type d’affichage est sa consommation pratiquement nulle de courant.

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