Comment fonctionne l'écran LCD ?

Que sont les cristaux liquides ?

Panneaux LCD peuvent être classés dans la catégorie des écrans plats. Ce qui les distingue des autres technologies d'affichage, c'est la couche de matériau à cristaux liquides à l'intérieur. Dans cette couche mince, des molécules de cristaux liquides sont alignées entre deux substrats de verre. Sur les surfaces internes de chacun de ces substrats se trouvent des électrodes qui contrôlent les porteurs de charge comme les électrons qui interagissent ensuite avec les cristaux liquides, créant un champ électrique qui les traverse ; ceci, à son tour, peut modifier l'alignement des cristaux, modifiant également le comportement global des molécules. Sur les côtés opposés du substrat, des polariseurs sont utilisés pour contrôler les niveaux de passage de la lumière, affectant l'image globale de l'affichage.

Comment fonctionnent les écrans à cristaux liquides ?

Contrairement aux moniteurs CRT, les moniteurs LCD ne peuvent pas s'éclairer, et donc ils ont besoin d'une source de lumière : le rétro-éclairage. Ce rétro-éclairage est le plus souvent constitué des LED bien connues qui signifient diodes électroluminescentes. Provenant du rétroéclairage, la lumière est déplacée à travers le polariseur arrière et le substrat arrière, dans les cristaux liquides. Or, les ondes lumineuses peuvent se comporter de diverses manières. Le rétroéclairage utilisé dans les écrans LCD peut être un rétroéclairage LED (diode électroluminescente) ou un rétroéclairage CCFL (lampe fluorescente à cathode froide). Les rétroéclairages à LED consomment moins d'énergie, ce qui devient plus populaire, tandis que CCFL est moins coûteux pour les écrans LCD de grande taille tels que les grands téléviseurs LCD. Récemment, la technologie des points quantiques est utilisée pour augmenter le contraste de l'écran LCD.

Les électrodes sont les facteurs de contrôle du comportement des cristaux liquides, et donc aussi du comportement de la lumière. En conduisant ou non un courant dans la couche cristalline, la lumière peut ou non être capable de traverser les cristaux liquides d'une manière qui permettra le passage à travers le polariseur. En raison de ce rôle, les électrodes dans Les écrans LCD sont souvent constitués d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). L'ITO a de bonnes propriétés conductrices et peut également constituer une électrode transparente qui est essentielle à l'apparence des écrans aujourd'hui.

La façon dont les électrodes affectent l'alignement des cristaux liquides peut varier en fonction de la méthode d'alignement utilisée (tordu nematique, multi-domaine, en avion switching). Par exemple, les cristaux liquides nématiques torsadés sont orientés en torsade lorsqu'aucun champ électrique n'est présent qui polarise alors la lumière traversant la couche ; lorsque les électrodes appliquent le champ en entier, la torsion va se redresser, ne polarisant plus la lumière, et donc aucune lumière ne passe. Dans chacun de ces types d'alignement, les électrodes sont placées différemment au sein de la structure, modifiant les propriétés de l'affichage, telles que la largeur de l'angle de vue, la consommation d'énergie et le temps de réponse. Malgré ces différentes méthodes d'alignement, le but de la couche de cristaux liquides reste le même : polariser la lumière pour que la lumière polarisée passe à travers la surface de l'écran. En polarisant la lumière transmise par le rétroéclairage, les molécules de cristaux liquides jouent un rôle dans la quantité de lumière qui traverse les filtres polarisants, que ce soit tout, aucun ou une quantité partielle.

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Pour les affichages couleur, il y a une étape supplémentaire entre la polarisation et l'interaction avec le polariseur. Après polarisation dans la couche de cristal, la lumière passe à travers un filtre de couleur RVB (rouge vert bleu). Les écrans LCD fonctionnent en utilisant des pixels individuels pour afficher des visuels, mobiles ou fixes. Chaque pixel affichera une couleur mélangée par le filtre de couleur RVB avec le filtre de chaque couleur associé à l'un des sous-pixels du pixel. Les sous-pixels sont l'endroit où le degré de lumière est déterminé, affectant ainsi le degré d'importance de sa couleur respective. Avec les groupes de sous-pixels combinés sous un pixel, les couleurs RVB se mélangeront d'une certaine manière pour créer une couleur de pixel qui fonctionnera ensuite avec d'autres pixels pour finalement créer l'image vue sur le dispositif d'affichage.

 

Comme mentionné précédemment, il existe différentes manières d'aligner la couche de cristaux liquides, et chacune de ces techniques crée un type différent d'écran LCD. Par exemple, le LCD TN, étant l'une des options les moins chères mais aussi les plus rapides, est devenue très utile dans les écrans de jeu où il existe une demande pour des taux de rafraîchissement graphiques et des temps de réponse rapides.

La technologie LCD a également trouvé son utilité dans l'industrie automobile (tableaux de bord et écrans de voiture) et l'industrie médicale (imagerie radiologique).