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Comment fonctionne l'écran d'affichage LCD ?

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Dans l'ère numérique actuelle, les écrans LCD TFT sont devenus omniprésents, alimentant des appareils allant des smartphones et ordinateurs portables aux téléviseurs et à la signalisation numérique.

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Dans l'ère numérique actuelle, les écrans TFT LCD sont devenus omniprésents, alimentant des appareils allant des smartphones et ordinateurs portables aux téléviseurs et à la signalisation numérique. Ce blog vise à fournir une compréhension approfondie du fonctionnement des écrans TFT LCD, en explorant leur construction, leur fonctionnement et les principaux composants impliqués.

I. Construction des écrans TFT LCD

Les écrans TFT LCD sont constitués de plusieurs couches qui travaillent ensemble pour produire des images vibrantes et dynamiques. Ces couches sont les suivantes

● Les couches de substrat

Substrats en verre : Les écrans LCD TFT utilisent généralement deux substrats en verre pris en sandwich pour former un panneau d'affichage. Ces substrats en verre fournissent un support mécanique et servent de base aux autres couches.

Électrodes transparentes : De fines couches de matériaux conducteurs transparents, tels que l'oxyde d'indium et d'étain (ITO), sont appliquées sur les substrats en verre. Ces électrodes permettent d'appliquer des champs électriques pour contrôler les cristaux liquides.

● Structure de la matrice active

Transistors à couche mince (TFT) : Sur l'un des substrats en verre, un réseau de transistors à couche mince est fabriqué à l'aide de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium amorphe (a-Si) ou le polysilicium à basse température (LTPS). Chaque TFT agit comme un commutateur, contrôlant la tension appliquée aux pixels individuels.

Réseau de filtres colorés : Une couche de filtre couleur est placée au-dessus de la matrice TFT. Elle se compose de filtres de couleur rouge, verte et bleue disposés selon un schéma précis, correspondant aux sous-pixels de chaque pixel.

Couche de cristaux liquides : Une couche de cristaux liquides est placée entre les substrats de verre. Les cristaux liquides sont des composés organiques qui peuvent changer d'orientation en réponse à des champs électriques. Ils agissent comme un support de modulation de la lumière, contrôlant la quantité de lumière passant à travers l'écran.

II. Fonctionnement d'un écran TFT LCD

● Rétro-éclairage

Lampe fluorescente à cathode froide (CCFL) : les écrans LCD TFT traditionnels utilisent des tubes CCFL comme source de rétroéclairage. Ces tubes émettent une lumière blanche qui traverse les couches pour créer l'éclairage initial.

Diodes électroluminescentes (DEL) : Avec les progrès technologiques, le rétroéclairage par LED est devenu la norme. Les LED offrent une plus grande efficacité énergétique, une meilleure reproduction des couleurs et des facteurs de forme plus minces.

● Contrôle des pixels

Transistors TFT et contrôle de la tension : Chaque pixel de l'écran est associé à un transistor TFT. En appliquant une tension au transistor, les molécules de cristaux liquides du pixel correspondant peuvent être alignées ou tordues, contrôlant ainsi le passage de la lumière.

Adressage des pixels individuels : Les transistors TFT sont disposés en matrice. En activant sélectivement les transistors, des signaux électriques peuvent être envoyés à des pixels spécifiques, ce qui permet un contrôle précis du comportement de chaque pixel.

● Reproduction des couleurs

Modèle de couleur RVB : Les écrans LCD TFT emploient le modèle de couleur RVB, où chaque pixel est composé de sous-pixels rouges, verts et bleus. En faisant varier l'intensité de chaque sous-pixel, il est possible de produire une large gamme de couleurs.

Disposition des sous-pixels : Les sous-pixels sont disposés selon un modèle spécifique, généralement RVB, horizontalement ou verticalement, afin d'obtenir la reproduction des couleurs et la densité de pixels souhaitées.

III. Principe de fonctionnement des transistors TFT

● Transistor à couche mince (TFT)

TFT en silicium amorphe (a-Si) : Ces TFT sont couramment utilisés dans les écrans LCD TFT. Ils sont fabriqués en déposant une couche de silicium amorphe sur le substrat de verre. Bien que les TFT a-Si soient rentables, ils ont des temps de réponse plus lents et une mobilité électronique plus faible.

TFT en polysilicium à basse température (LTPS) : Les TFT LTPS offrent une mobilité électronique plus élevée et des temps de réponse plus rapides que les TFT a-Si. Ils sont fabriqués à partir de polysilicium déposé à basse température, ce qui permet d'obtenir une structure plus cristalline.

● Matrice active et passive

Écrans LCD TFT à matrice active : Les écrans à matrice active utilisent un transistor individuel pour chaque pixel. Cela garantit un contrôle précis du comportement de chaque pixel et permet des taux de rafraîchissement plus rapides et une meilleure qualité d'image.

Écrans TFT LCD à matrice passive : Les écrans à matrice passive utilisent une matrice d'électrodes pour adresser les lignes et les colonnes de pixels. Cependant, ils souffrent de temps de réponse plus lents, d'une résolution limitée et de taux de contraste plus faibles.

Voir aussi : PMOLED vs. AMOLED : Quelle est la différence ?

IV. Couche de cristaux liquides et fonctionnement des pixels

● Alignement des cristaux liquides

Cristaux liquides nématiques : Le type de cristal liquide le plus couramment utilisé dans les écrans LCD TFT est le cristal liquide nématique. Les cristaux liquides nématiques s'alignent parallèlement au champ électrique appliqué en présence d'une tension.

Couches d'alignement : Des couches d'alignement sont appliquées sur les surfaces internes des substrats en verre pour contrôler l'orientation des molécules de cristaux liquides. Ces couches assurent un alignement uniforme et empêchent les effets indésirables tels que les images fantômes ou les décalages de couleur.

● États des pixels

Nématique torsadée (TN) : Dans un écran TN, les molécules de cristaux liquides se tordent entre deux substrats de verre pour contrôler la polarisation de la lumière qui les traverse. En faisant varier la tension appliquée au transistor TFT, l'angle de torsion des molécules de cristaux liquides peut être ajusté, ce qui permet de contrôler le passage de la lumière.

Commutation dans le plan (IPS) : Les écrans IPS utilisent une technique différente d'alignement des cristaux liquides. Dans ce cas, les molécules de cristaux liquides s'alignent horizontalement entre les substrats de verre lorsqu'aucune tension n'est appliquée. L'application d'une tension entraîne l'alignement vertical des molécules, ce qui module la transmission de la lumière.

Alignement vertical (VA) : Les écrans VA ont des molécules de cristaux liquides qui s'alignent perpendiculairement aux substrats de verre en l'absence de tension. L'application d'une tension entraîne l'alignement horizontal des molécules, ce qui permet de contrôler le passage de la lumière.

En savoir plus : TN vs. IPS vs. VA : Quelle est la meilleure technologie d'affichage LCD ?

V. Conduite des signaux et adressage des pixels

● Méthodes de balayage

Balayage ligne par ligne : Dans cette méthode, l'écran est balayé séquentiellement, ligne par ligne, du haut vers le bas. Chaque rangée de pixels est activée en séquence pour créer une image complète.

Multiplexage temporel (TDM) : Le multiplexage temporel consiste à diviser l'affichage en plusieurs tranches de temps. Les pixels sont adressés de manière cyclique, en passant rapidement d'une rangée ou d'une colonne à l'autre au cours de chaque intervalle de temps.

● Contrôle de tension

Contrôle de tension analogique : Dans les premiers écrans LCD TFT, la commande de tension analogique était utilisée pour ajuster la tension appliquée à chaque pixel. Cette méthode permettait d'obtenir des gradations douces de luminosité et de couleur.

Modulation de la largeur d'impulsion (MLI) : La modulation de la largeur d'impulsion est une technique couramment utilisée qui permet d'activer et de désactiver rapidement la tension appliquée à chaque pixel. En ajustant le rapport cyclique, la tension moyenne à travers le pixel peut être contrôlée, ce qui permet de varier les niveaux de luminosité.

VI. Conclusion

Les écrans TFT LCD ont révolutionné la technologie de l'affichage, apportant des images vibrantes et des expériences immersives à divers appareils que nous utilisons quotidiennement. En comprenant la construction, le fonctionnement et les composants clés des écrans TFT LCD, nous comprenons mieux leurs remarquables capacités et nous apprécions la merveille d'ingénierie qui se cache derrière ces écrans. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les écrans TFT LCD joueront sans aucun doute un rôle essentiel dans le façonnement de l'avenir de la communication visuelle.