Un écran LCD comprend une fine couche de cristal liquide prise en sandwich entre deux électrodes sur des substrats de verre, avec deux polariseurs de chaque côté. Un polariseur est un filtre optique qui laisse passer les ondes lumineuses d'une polarisation spécifique tout en bloquant les ondes lumineuses d'autres polarisations. Les électrodes doivent être transparentes, le matériau le plus populaire est donc l'ITO (Indium Tin Oxide).

Comme l'écran LCD ne peut pas émettre de lumière lui-même, un rétroéclairage est normalement placé derrière un écran LCD afin d'être vu dans l'environnement sombre. Les sources lumineuses pour le rétroéclairage peuvent être des LED (Light Emitting Diode) ou des CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps). Le rétroéclairage LED est le plus populaire. Bien sûr, si vous souhaitez avoir un écran couleur, une couche de filtre de couleur peut être transformée en une cellule LCD. Le filtre de couleur se compose de couleur RVB. Vous pouvez également ajouter un écran tactile devant un écran LCD.

Fig. 1 Structure de l'écran LCD

Comment fonctionnent les écrans LCD ?

La première technologie d'écran LCD en production de masse s'appelle TN (Twisted Nematic). Le principe derrière les écrans LCD est que lorsqu'un champ électrique n'est pas appliqué aux molécules de cristaux liquides, les molécules se tordent de 90 degrés dans la cellule LCD. Lorsque la lumière provenant de la lumière ambiante ou du rétroéclairage traverse le premier polariseur, la lumière est polarisée et tordue avec la couche moléculaire de cristal liquide. Lorsqu'il atteint le deuxième polariseur, il est bloqué. Le spectateur voit que l'écran est noir.

Lorsqu'un champ électrique est appliqué aux molécules de cristaux liquides, elles ne sont pas torsadées.  Lorsque la lumière polarisée atteint la couche de molécules de cristaux liquides, la lumière la traverse sans être tordue. Lorsqu'il atteint le deuxième polariseur, il le traverse également, le spectateur voit que l'écran est lumineux.

Parce que la technologie LCD utilise des champs électriques au lieu du courant électrique (l'électron passe à travers), elle a une faible consommation d'énergie.

Un court vidéo Youtube expliquera comment les écrans LCD de manière concise et efficace.

Fig. 2 Comment fonctionnent les écrans LCD

 

Les bases des écrans LCD

L'écran LCD le plus basique présenté ci-dessus est appelé écran LCD à matrice passive qui peut être trouvé principalement dans des applications bas de gamme ou simples comme les calculatrices, les compteurs de services publics, les premières montres numériques, les réveils, etc.  Les écrans LCD à matrice passive ont de nombreuses limitations, comme l'angle de vision étroit, la vitesse de réponse lente, la faible luminosité, mais ils sont excellents pour la consommation d'énergie.

Afin d'améliorer les inconvénients, les scientifiques et les ingénieurs ont développé la technologie LCD à matrice active. La technologie LCD TFT (Thin Film Transistor) est la plus utilisée. Sur la base du TFT LCD, des technologies LCD encore plus modernes sont développées. Le plus connu est le LCD IPS (In Plane Switching).  Il a un angle de vision super large, une qualité d'image supérieure, une réponse rapide, un excellent contraste, moins de défauts de gravure, etc.

Les écrans LCD IPS sont largement utilisés dans les moniteurs LCD, les téléviseurs LCD, les Iphone, les pads, etc. Samsung a même révolutionné le rétroéclairage LED en QLED (point quantique) pour éteindre les LED partout où la lumière n'est pas nécessaire pour produire des noirs plus profonds.

Fig. 3 Écran couleur TFT actif

Différents types d'écrans LCD

• • – Affichage nématique torsadé :  La LCD TN (Twisted Nematic) la production peut être effectuée le plus souvent et utilisé différents types d'écrans dans toutes les industries. Ces écrans sont le plus souvent utilisés par les joueurs car ils sont bon marché et ont un temps de réponse rapide par rapport aux autres écrans. Le principal inconvénient de ces écrans est qu'ils ont une qualité médiocre ainsi que des rapports de contraste partiels, des angles de vision et une reproduction des couleurs. Mais, ces appareils sont suffisants pour les opérations quotidiennes.

 

• • – Affichage de commutation dans le plan :  Écrans IPS sont considérés comme les meilleurs écrans LCD car ils offrent une bonne qualité d'image, des angles de vision plus élevés, une précision et une différence de couleurs éclatantes. Ces écrans sont principalement utilisés par les graphistes et dans certaines autres applications, les écrans LCD ont besoin des normes potentielles maximales pour la reproduction de l'image et de la couleur.

 

• • – Panneau d'alignement vertical : Le alignement vertical (VA) les panneaux tombent n'importe où au centre entre la technologie Twisted Nematic et les panneaux de commutation dans le plan. Ces panneaux ont les meilleurs angles de vision ainsi qu'une reproduction des couleurs avec des caractéristiques de meilleure qualité par rapport aux écrans de type TN. Ces panneaux ont un temps de réponse faible. Mais, ceux-ci sont beaucoup plus raisonnables et appropriés pour un usage quotidien.

 

• • – La structure de ce panneau génère des noirs plus profonds ainsi que de meilleures couleurs par rapport à l'affichage nématique torsadé. Et plusieurs alignements de cristaux peuvent permettre de meilleurs angles de vision par rapport aux écrans de type TN. Ces écrans arrivent avec un compromis car ils sont chers par rapport aux autres écrans. Et ils ont également des temps de réponse lents et des taux de rafraîchissement faibles.

 

• • – Commutation avancée de champ de frange (AFFS) :  Les écrans LCD AFFS offrent les meilleures performances et une large gamme de reproduction des couleurs par rapport aux écrans IPS. Les applications de l'AFFS sont très avancées car elles peuvent réduire la distorsion des couleurs sans compromettre le large angle de vision. Habituellement, cet écran est utilisé dans des environnements très avancés et professionnels, comme dans les cockpits d'avion viables.

 

• • – Affichages matriciels passifs et actifs : Les écrans LCD de type matrice passive fonctionnent avec une simple grille afin que la charge puisse être fournie à un pixel spécifique sur l'écran LCD. Une couche de verre donne des colonnes tandis que l'autre donne des rangées conçues en utilisant un matériau conducteur transparent comme l'oxyde d'indium-étain. Le système à matrice passive présente des inconvénients majeurs, en particulier le temps de réponse est un contrôle de tension lent et imprécis. Le temps de réponse de l'écran se réfère principalement à la capacité de l'écran à rafraîchir l'image affichée.

 

• - Les écrans LCD de type matrice active dépendent principalement des TFT (transistors à couche mince). Ces transistors sont de petits transistors de commutation ainsi que des condensateurs qui sont placés dans une matrice sur un substrat de verre. Lorsque la ligne appropriée est activée, une charge peut être transmise dans la colonne exacte afin qu'un pixel spécifique puisse être adressé, car toutes les lignes supplémentaires que la colonne croise sont désactivées, le condensateur situé à côté du pixel désigné reçoit une charge. .

 

Avantages par rapport aux autres écrans

Les technologies LCD présentent de grands avantages en termes de légèreté, de finesse et de faible consommation d'énergie, ce qui a rendu possible les téléviseurs muraux, les ordinateurs portables, les smartphones et les tablettes. En chemin pour progresser, il a anéanti la concurrence de nombreuses technologies d'affichage. Nous ne voyons plus de moniteurs CRT sur nos bureaux et de téléviseurs à écran plasma chez nous. Les technologies LCD dominent désormais le marché de l'affichage. Mais toute technologie a ses limites.

Les technologies LCD ont des temps de réponse lents, en particulier à basse température, des angles de vision limités, un rétroéclairage est nécessaire. Focus sur les inconvénients de l'écran LCD, la technologie OLED (Organic Light Emitting Diodes) a été développée. Certains téléviseurs et téléphones portables haut de gamme commencent à utiliser des écrans AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diodes).

Cette technologie de pointe offre une reproduction des couleurs encore meilleure, une qualité d'image claire, une meilleure gamme de couleurs, une consommation d'énergie moindre par rapport à la technologie LCD. Veuillez noter que les écrans OLED incluent AMOLED et PMOLED (diodes électroluminescentes organiques à matrice passive). Ce que vous devez choisir, c'est AMOLED pour votre téléviseur et vos téléphones portables au lieu de PMOLED.

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