Bienvenue à l’Université Riverdi ! Cet article traite du type d’écran LCD le plus simple, à savoir les écrans LCD monochromes. Nous vous guiderons à travers les bases de la technologie, ce qui se cache derrière, comment ils fonctionnent, comment les pixels eux-mêmes fonctionnent, et tout cela formera la base de notre prochaine conférence de l’Université Riverdi sur le TFT (Thin Film Transistor). Nous ajouterons des couleurs et une matrice active dans les prochaines leçons. Pour l’instant, nous parlerons des écrans LCD les plus simples et de la technologie qui les sous-tend.
Technologies des écrans LCD monochromes
Commençons par les bases de la technologie des écrans LCD. L’écran LCD est lié aux cristaux liquides, et le cristal liquide est un matériau très spécial, capable de modifier la polarisation de la lumière. Les cristaux liquides sont vraiment liquides et sont placés entre deux feuilles de verre, comme c’est le cas pour tous les écrans LCD. Grâce aux propriétés particulières des cristaux liquides, nous pouvons modifier la polarisation de la lumière à l’aide d’une tension électrique. Nous générons un champ électrique entre ces deux feuilles de verre, puis nous déplaçons les cristaux à l’intérieur, tout en modifiant la polarisation de la lumière. L’écran LCD le plus simple est un TN (Twisted Nematic). C’est la première et la plus ancienne technologie encore utilisée de nos jours. Ses principes de fonctionnement sont basiques. Tout d’abord, nous avons besoin de deux morceaux de verre avec des cristaux liquides à l’intérieur. Ensuite, nous avons besoin d’électrodes. Bien entendu, les électrodes doivent être transparentes (généralement grâce à une couche d’ITO sur le verre). L’ITO est l’oxyde d’indium et d’étain, une surface conductrice transparente spéciale sur le verre qui nous permet de générer un champ électrique entre les deux feuilles de verre, les deux électrodes. Bien entendu, il ne suffit pas de modifier la polarisation de la lumière pour activer et désactiver les pixels et créer un écran LCD. Tout d’abord, nous avons besoin d’une lumière polarisée, et pour obtenir un affichage réel, nous ajoutons deux polariseurs, l’un en bas et l’autre en haut de l’écran. Une fois le polariseur en place, la lumière est polarisée. La lumière est alors tordue à l’intérieur des cristaux liquides lorsqu’ils sont éteints. L’état OFF correspond à l’absence de tension, la lumière est transférée et le pixel s’allume. Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessus, les polariseurs sont à 90 degrés l’un de l’autre. La lumière traverse le premier polariseur, allume le cristal liquide et ressort par l’autre polariseur, ce qui a pour effet de rendre le pixel visible. La véritable magie se produit lorsque nous appliquons la tension. Les cristaux liquides s’organisent, la polarisation de la lumière n’est pas modifiée, et comme nous avons deux polariseurs à 90 degrés l’un de l’autre, la lumière est bloquée par l’autre polariseur et le pixel n’est pas allumé, c’est ce qu’on appelle l’état ON. En appliquant une tension, nous pouvons allumer et éteindre le pixel et une fois que nous pouvons le faire, nous avons un pixel LCD et avec un pixel, nous pouvons construire une matrice de pixels et présenter n’importe quelle image, nous avons donc un écran LCD. Ce qui est particulièrement important et utile à savoir, c’est que ce contrôle ne concerne pas seulement les états OFF et ON. Nous pouvons également contrôler les états intermédiaires, nous pouvons passer du pixel blanc au pixel noir en quelques étapes, ce qui nous donne une échelle de gris. L’échelle peut avoir une longueur de 16 ou 256 pas. Habituellement, nous procédons par bits, de sorte que le nombre de bits est de 16 sur 256 ou plus. Pour le TFT, par exemple, il s’agit de millions, car nous disposons de 24 bits, ce qui nous donne 16 millions de combinaisons pour la luminosité de chaque pixel. Cette technologie nous permet d’avoir un écran LCD monochrome fonctionnant et présentant des images en niveaux de gris, mais généralement les écrans LCD monochromes ne sont pas utilisés à cette fin, parce que la technologie n’est pas assez parfaite. Il s’agit d’une technologie passive, il n’y a pas de transistors connectés à la cellule elle-même et le contrôle de la luminosité avec l’échelle de gris est vraiment difficile, de sorte que nous n’avons généralement que des états ON et OFF pour obtenir une image claire.
Afficheurs LCD positifs et négatifs
Qu’est-ce qu’un affichage positif ou négatif ? Il s’agit de l’état actif du pixel. Comme le montre l’image ci-dessus, ce que l’on voit est un pixel et un arrière-plan. L’affichage positif est le plus simple, c’est comme une calculatrice. Ce que l’on voit en arrière-plan n’est que l’écran LCD dans son état normal ; on peut voir la couleur claire de l’arrière-plan grâce au rétroéclairage. Dans l’exemple de l’image ci-dessus, il y a un fond jaune vert, qui est le rétroéclairage le plus courant pour les écrans STN, et les pixels sont noirs.
Écrans LCD transmissifs
Examinons maintenant trois technologies différentes utilisées dans les écrans monochromes, la façon dont la lumière est transmise et la façon dont nous voyons l’image. L’écran le plus standard et le plus courant est l’écran LCD transmissif, où la lumière du rétroéclairage est transmise à travers l’écran LCD, le polariseur, le verre LCD, le second polariseur, les électrodes et la surface de l’écran (partie noire sur l’image). Les écrans LCD transmissifs peuvent être négatifs ou positifs, mais le rétroéclairage d’un écran LCD transmissif doit toujours être allumé.
Écrans LCD réfléchissants
Le type d’affichage suivant, également très simple, est l’affichage LCD réfléchissant. Dans l’exemple le plus simple, ce type d’écran n’a pas de rétroéclairage du tout. L’exemple pourrait être celui d’une calculatrice, où il n’y a généralement pas de rétroéclairage et où l’on utilise simplement la lumière ambiante, qui est réfléchie. La lumière environnementale externe traverse l’écran LCD, se reflète sur le miroir situé à l’arrière de l’écran et repart. Une variante de l’écran LCD réfléchissant pourrait être un écran réfléchissant avec un éclairage frontal. La lumière frontale nous donne la lumière supplémentaire qui est réfléchie sur le miroir à l’arrière de l’écran.
Écrans LCD transflectifs
Le troisième type d’écran LCD est l’écran LCD transflectif. Il s’agit d’une combinaison de l’écran LCD transmissif et de l’écran LCD réfléchissant. Il utilise les deux phénomènes, l’un par réflexion et l’autre par transmission de la lumière. Dans les écrans LCD transflectifs, nous avons besoin d’un semi-miroir. Le demi-miroir est un type de miroir qui réfléchit la moitié de la lumière et qui est transparent pour une autre moitié de la lumière.
Types de rétroéclairage des écrans LCD
Nous allons maintenant parler des types de rétroéclairage. En principe, pour les écrans monochromes, il existe deux types de rétroéclairage. Le plus populaire à l’heure actuelle est le rétroéclairage Edge Light. Les diodes électroluminescentes se trouvent uniquement sur le bord de l’écran et nous avons un diffuseur de lumière. Les DEL se trouvent sur le bord de ce diffuseur et pompent la lumière à l’intérieur du diffuseur, puis la lumière est réfléchie par les miroirs et sort par la surface LCD. À l’heure actuelle, il s’agit de la méthode la plus courante et la moins chère pour construire le rétroéclairage de manière très efficace, car les LED sont aujourd’hui très efficaces en termes de consommation d’énergie et de production de lumière.
Angles de vision des écrans LCD
Le point suivant est l’angle de vue. En ce qui concerne la technologie LCD, il est important de comprendre que l’image que nous voyons, lorsque nous regardons directement un écran, peut être complètement différente de celle que nous voyons d’un angle. Ceci est généralement très bien décrit dans la fiche technique de l’écran. Les angles de vision les plus courants sont de 50, 60 ou 70 degrés. Pour les meilleurs écrans TFT, les angles de vision peuvent même atteindre 89 degrés. Pour les écrans LCD monochromes, les chiffres sont généralement inférieurs et l’angle de vision est l’angle maximal sous lequel l’utilisateur peut voir une image claire sur l’écran. Il s’agit donc d’une définition assez simple, mais elle est généralement mesurée à l’aide d’un appareil photo, de sorte que nous mesurons le contraste réel. Il est très important de se rappeler que, lorsque l’angle est trop éloigné, l’image n’est pas claire sur l’écran LCD ou n’est pas visible du tout. https://youtu.be/4GjXSRD6lu4
Couleurs dans les écrans LCD monochromes
Comme mentionné au début, nous avons également des couleurs pour les monochromes.
Afficheurs LCD à caractères et afficheurs LCD graphiques
La dernière partie de cet article traite des écrans graphiques et des écrans de caractères, de leur différence et de leur influence sur le coût d’un écran LCD. Les écrans LCD les plus simples sont les écrans LCD monochromes segmentés ou les écrans à icônes. Dans ce type d’écrans LCD, nous ne disposons que de quelques icônes et caractères, mais ils sont définis lors de la production de l’écran. Ce que nous voyons sur l’écran est défini et nous ne pouvons rien avoir d’autre, l’autre zone est complètement à l’écart. Vous pouvez uniquement activer et désactiver les segments d’affichage. Il s’agit de la technologie la moins chère à produire, et elle est réalisée par masque au cours de la production. Elle est donc généralement réservée aux applications à haut volume, qui sont très bien définies au cours de la phase de production. Par exemple, il peut s’agir d’une montre, d’une calculatrice ou d’un régulateur de température. L’avantage est le coût, mais l’inconvénient est que nous ne pouvons plus rien changer par la suite, nous ne pouvons pas modifier le logiciel et ajouter une autre icône.
Écrans LCD monochromes à caractères
Un autre type d’affichage est l’affichage graphique. Nous disposons donc d’affichages de caractères et d’un affichage entièrement graphique. L’affichage de caractères est également une technologie très populaire. Il s’agit d’une combinaison entre l’affichage de segments et l’affichage graphique, car les champs sont définis et ne peuvent afficher que les caractères, lettres, chiffres, symboles et certains caractères supplémentaires définis par le contrôleur de l’affichage. Sur ce type d’écran, il n’est pas possible d’afficher l’ensemble du graphisme, car chaque personnage est physiquement séparé de l’autre.
Écrans LCD monochromes entièrement graphiques
Ensuite, nous avons l’affichage entièrement graphique. Dans ce type d’écran LCD, nous avons une matrice de pixels. Il peut s’agir d’un écran de 64 par 256 ou de 64 par 128 pixels. Sur ce type d’écran, nous pouvons donc afficher presque toutes les images, car nous pouvons activer et désactiver chaque pixel. Nous pouvons afficher des lettres, des caractères, des images, petites, grandes, tout ce que nous voulons. L’inconvénient est le grand nombre de pixels qu’il faut connecter. Le contrôleur et le verre sont compliqués, car nous devons acheminer les fils de chaque pixel à partir du verre et les connecter au contrôleur. Dans la famille des écrans LCD monochromes, ce type d’écran est donc le plus cher. D’autres types d’écrans sont moins chers, non seulement parce que le verre est simple, mais aussi parce que les contrôleurs sont simples.