Qu'est-ce que la technologie d'affichage Twisted Nematic ?


Afin de bien comprendre la technologie TN LCD (Twist Nematic Liquid Crystal Display), nous allons d'abord comprendre ce qu'est le cristal liquide nématique.

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Qu'est-ce que le cristal liquide nématique ?

Nous savons tous que l'eau (la formule chimique est H2O ) a 3 états : Solide (glace), Liquide (eau) et Gaz (Vapeur). L'état liquide est isotrope, ce qui signifie que ses propriétés sont uniformes dans toutes les directions - le résultat de H2O molécules étant en mouvement aléatoire constant. L'état solide est cristallin, toutes les molécules d'H2O ont leur position fixe, est anisotrope ; les propriétés optiques et autres telles que la conductivité thermique et électrique varient avec la direction.

L'état de cristal liquide Nematic est un état unique non inclus dans les 3 états ci-dessus. C'est un état entre les états cristallin (solide) et isotrope (liquide). Même à l'état de cristaux liquides, il existe plusieurs types d'états de cristaux liquides, comme ci-dessous.

Phase nématique

La phase cristal liquide nématique est caractérisée par des molécules qui maintiennent l'ordre général de tendance à pointer dans la même direction. Il a un ordre unidimensionnel. Voir Fig.1

Phase smectique

En phase smectique, les molécules présentent un ordre bidimensionnel non présent dans le nématique. Les molécules conservent l'orientation générale du nématique, mais ont également tendance à s'aligner en couches ou en plans. C'est l'état entre le nématique (ordre unidimensionnel) et l'état solide (ordre tridimensionnel). Voir Fig.1.

Phase cholestérique

La phase cristalline liquide cholestérique (ou nématique chirale) est généralement caractérisée par le fait que les molécules sont orientées directionnellement et empilées selon un motif hélicoïdal, chaque couche étant tournée à un léger angle par rapport à celles situées au-dessus et au-dessous. Voir Fig.1.

Cristal liquide nématique

Fig. 1. Phases nématique, smectique et cholestérique

 

Dans la technologie d'affichage LCD, seuls les cristaux liquides nématiques ont une utilisation pratique et les cristaux liquides cholestériques sont dopés avec une petite quantité pour aider les molécules de cristaux liquides nématiques à se tordre. C'est l'origine du terme "Twisted Nematic" ou TN pour Nematic Display en abrégé.  

 

Qu'est-ce que l'affichage TN (Twisted Nematic) ?

Comment fonctionne l'affichage TN

Le maintenant Le panneau LCD TN simple contient deux polariseurs, deux substrats en verre avec des électrodes transparentes, ITO (oxyde d'indium et d'étain) et une fine couche de matériau à cristaux liquides prise en sandwich entre les électrodes. Voir Fig.2

Présentoir nématique torsadé

Fig.2 Comment fonctionnent les panneaux TN

 

Lorsque la tension est coupée, la lumière naturelle de la source lumineuse traverse le polariseur supérieur pour devenir une lumière linéaire polarisée. Lorsqu'il rencontre des molécules de cristaux liquides nématiques, il se tord avec la couche de torsion de cristaux liquides. Après avoir tordu 90o, il traverse le verre inférieur et arrive au polariseur inférieur. Comme la lumière polarisée est en position parallèle avec le polariseur inférieur, elle traverse le polariseur, et nous pouvons voir la lumière (pixel blanc ou gris).  

 

Lorsque la tension est activée, la molécule de cristal liquide sera perpendiculaire à la surface du verre et perdra sa torsion sous un champ électrique. Lorsque la lumière polarisée rencontre la couche de cristaux liquides nématiques, elle conserve la transmission d'origine sans torsion. Il sera bloqué par le polariseur inférieur car la lumière linéaire et le polariseur inférieur sont en position perpendiculaire. Nous voyons la lumière (pixel noir)

De ce qui précède, nous comprenons :

  • Pourquoi nous nommons TN comme l'affichage de torsion, car il tord 90o,
  • Nous obtenons un affichage positif ci-dessus, qui est constitué de caractères noirs sur fond blanc ou gris.

Panneaux en verre avoir deux modes. Mode positif (caractères noirs sur fond blanc/gris) ou Mode négatif (caractères blancs/gris sur fond noir). La raison pour laquelle l'écran LCD TN ne peut pas obtenir un fond de papier blanc est le fait que la polarisation coupe la majeure partie de la lumière, seulement 20% à 40% de la lumière peut traverser un écran LCD TN.

 

Avantages et inconvénients de la technologie d'affichage TN

Avantages:

  • – Faible coût : Les matériaux utilisés sont à faible coût et le processus de fabrication est simple.
  • - Faible consommation d'énergie : la conduite de l'écran TN est simple et les taux de rafraîchissement peuvent être lents, ce qui le rend convivial pour les appareils alimentés par batterie et portables.
  • – Temps de réponse ou vitesse plus rapides : les écrans LCD TN peuvent même être utilisés pour les obturateurs de lumière, les casques de soudage et les moniteurs de jeu.
  • – Large plage de températures de fonctionnement : les écrans LCD TN peuvent être utilisés dans des environnements extrêmes avec une plage de températures de fonctionnement - 40 oC à + 90 oC.
  • – Lisible à la lumière du soleil : les écrans LCD TN peuvent facilement être construits pour des applications lisibles à la lumière du soleil en ajoutant des polariseurs réfléchissants ou transflectifs.

 

Désavantages:

  • – Faible taux de contraste : les panneaux d'affichage TN ont un faible contraste.
  • – Angle de vision : les écrans LCD TN ont un angle de vision médiocre, en particulier une direction d'angle de vision n'est absolument pas utilisable. C'est pourquoi nous devons définir l'angle de vision des écrans LCD TN dans l'application à 6 ou 12 heures.
  • – Capacité de multiplexage limitée pour les écrans LCD TN passifs : c'est la raison pour laquelle les écrans LCD TN sont principalement utilisés pour des applications simples et bas de gamme, telles que les montres à faible coût, les calculatrices, les compteurs électriques, etc.

 

La technologie TN associée à Technologie TFT qui peut être utilisé pour une application haute résolution et a un grand succès commercial sur le marché aujourd'hui. LCD TN TFT, également appelés LCD TFT sur le marché, sont à faible coût et sont principalement utilisés pour les ordinateurs portables, les moniteurs d'ordinateur, les moniteurs médicaux et autres écrans à usage général, etc. grâce à leur faible coût. Mais pour le marché haut de gamme, la technologie TN est confrontée à une concurrence croissante de la technologie IPS (In-Plane Switching) et de la technologie d'affichage VA (alignement vertical). Les moniteurs IPS ont un angle de vision, un contraste, une saturation des couleurs et une reproduction des couleurs bien meilleurs que les moniteurs TFT.

 

La technologie TN TFT est également confrontée à des défis croissants de la part d'AMOLED (Active Matrix OLED). Désormais, les écrans micro LED font également leur apparition sur le marché. Les écrans LCD TFT à matrice active de type TN sont confrontés à la pression sur le marché des écrans de grande taille. Mais nous pensons que l'écran TN sera disponible sur le marché pendant longtemps grâce à son faible coût, sa faible consommation d'énergie et sa facilité de production et d'utilisation.

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