Le principe de fonctionnement du moniteur LCD. Types de matrices LCD. Règles d'utilisation et de maintenance de l'écran LCD

L'affichage LCD ou à cristaux liquides est basé sur la polarisation du flux lumineux. Les cristaux liquides "tamisent" la lumière, ne passant que certaines ondes du faisceau lumineux avec l'axe de polarisation correspondant, et restent opaques à toutes les autres ondes. Le changement du vecteur de polarisation est réalisé par des cristaux liquides en fonction du champ électrique qui leur est appliqué. En d'autres termes, à l'aide de l'électricité, vous pouvez modifier l'orientation des molécules de cristal et ainsi assurer la création d'une image.

Presque tous les écrans LCD ont une matrice active de transistors, à l'aide desquels une image est formée, une couche de cristaux liquides avec des filtres lumineux qui transmettent sélectivement la lumière et un système de rétroéclairage (généralement des LED). Ce dernier est nécessaire pour afficher des images en couleur. Un écran LCD a plusieurs couches, dont les principales sont deux panneaux de verre, qui contiennent une fine couche de cristaux liquides entre eux. Les panneaux ont des rainures qui guident les cristaux pour leur donner une orientation. Les rainures sont parallèles sur chaque panneau, mais perpendiculaires entre les deux panneaux. Au contact des sillons, les molécules des cristaux liquides sont orientées de la même manière dans toutes les cellules.


L'écran LCD lui-même est un ensemble de petits segments - pixels. Pour chaque pixel, il y a trois transistors, chacun responsable de l'une des trois couleurs, et un condensateur qui maintient la tension requise. En combinant les trois couleurs primaires pour chaque pixel à l'écran, vous pouvez obtenir n'importe quelle couleur.

Les plus courants actuellement sont les écrans à cristaux liquides TFT, dans lesquels des transistors transparents à couche mince sont utilisés dans la matrice active. Le nombre de transistors dans de tels affichages peut atteindre plusieurs centaines de milliers.


Parmi les avantages des écrans LCD figurent un coût relativement faible, une excellente mise au point, une clarté et une luminosité d'image très élevées. Et aussi l'absence d'erreurs de repérage des couleurs et de scintillement de l'écran. Le fait est que ces écrans n'utilisent pas de faisceau d'électrons pour tracer chaque ligne sur l'écran. Parmi les inconvénients de l'écran LCD - l'apparition de pixels morts dus à la combustion de transistors, un petit nombre de nuances de couleurs, une luminosité inégale de l'image (souvent l'éclairage au bord de l'écran est plus fort) et un angle de vision relativement petit.

Il y a quelques années, le choix d'un moniteur pour ordinateur personnel a été effectué en fonction de la catégorie de prix, où il était clair qu'un appareil plus cher a une matrice de haute qualité et qu'un moniteur bon marché ne brille pas par ses caractéristiques. À l'heure actuelle, sur le marché des moniteurs, la division se fait par taille d'écran, chaque fabricant produit des appareils avec différentes technologies matricielles. De ce fait, le choix lors de l'achat est devenu plus compliqué. Cet article aidera les utilisateurs à choisir le bon type de matrice de moniteur. Quel écran est préférable d'acheter sur le marché, à quelles fins et en quoi il diffère des concurrents, sera présenté sous une forme accessible.

Pour que ce soit plus clair

Avant de choisir le type de matrice de moniteur, vous devez comprendre le principe de son fonctionnement et identifier tous les avantages et inconvénients. Après avoir dressé une liste des besoins (à quelles fins cet appareil est acheté), il sera très facile de comparer la réalité avec le souhaité. Sans affecter la taille de l'écran, l'utilisation du moniteur se répartit selon les besoins en plusieurs groupes :

1. Moniteur de bureau. Un haut niveau de contraste est la seule exigence.
2. Ordinateur de conception (photo, prépresse). Une reproduction précise des couleurs est importante.
3. Multimédia. Regarder des films nécessite des angles de vision larges et de vrais noirs à l'écran.
4. Ordinateur de jeu. Un indicateur important est le temps de réponse de la matrice.

La technologie de production et le mouvement des électrons entre les matrices n'intéressent pratiquement personne. Par conséquent, cet article examinera les avantages et les inconvénients, ainsi que les données des médias - avis des propriétaires et recommandations des vendeurs. Après avoir découvert quelles technologies existent, il ne reste plus qu'à les combiner avec les exigences énoncées et les fonds alloués à l'achat d'un moniteur.

L'employé de l'État ne cède pas ses postes

Le type de moniteur matriciel TN (Twisted Nematic) est considéré comme un long foie sur le marché parmi les concurrents. En raison du faible prix et de la disponibilité, les moniteurs dotés de cette matrice sont installés dans tous les établissements publics et éducatifs, les bureaux de nombreuses entreprises dans le monde et dans les grandes entreprises. Selon les statistiques, 90% de tous les moniteurs dans le monde ont une matrice TN. Outre le prix, un autre avantage d'un tel moniteur est le faible temps de réponse de la matrice. Ce paramètre est très important dans les jeux dynamiques, où la vitesse de dessin est primordiale.

Mais avec le rendu des couleurs et l'angle de vue, ces moniteurs n'ont pas fonctionné. Même la modernisation de la matrice TN en ajoutant une couche supplémentaire pour augmenter les angles de vision n'a pas donné les résultats souhaités, a seulement ajouté « + film » au nom du type d'écran. Il ne faut pas oublier la consommation d'énergie, qui dépasse largement tous les concurrents en mode de fonctionnement.

Mais reste

En dehors des applications bureautiques, le film TN + est le meilleur type de matrice de moniteur pour les jeux. Après tout, la plupart des joueurs préfèrent payer trop cher pour des composants hautes performances, tels qu'un processeur ou une carte vidéo, et vous pouvez économiser de l'argent sur l'écran. Cependant, n'oubliez pas le rendu des couleurs, dans les jeux modernes, les développeurs essaient de rendre l'intrigue aussi réaliste que possible, et sans un véritable transfert de toutes les couleurs et nuances, il sera très difficile d'y parvenir.

En conséquence, outre le prix bas et le temps de réponse court, la matrice TN ne pourra pas surprendre un acheteur potentiel avec quoi que ce soit. Après tout, il est très difficile de ne pas prêter attention aux lacunes:

1. Faible rendu des couleurs avec incapacité à afficher des noirs parfaits. Le défaut est visible en regardant des films dynamiques, où toute l'action se déroule dans l'obscurité - "Van Helsing", "Harry Potter et les reliques de la mort", "Dracula" et autres.
2. Le faible coût de production conduit à une forte probabilité d'acquérir une matrice défectueuse, dont le pixel cassé est immédiatement visible, car il devient blanc.
3. Des angles de vision très bas ne permettent pas de contempler l'image à l'écran avec une famille nombreuse.

Un pas dans la bonne direction

Le type de matrice de surveillance VA (Vertical Alignment) utilise une technologie avec alignement vertical des molécules et est mieux connu dans l'espace post-soviétique sous le nom de MVA ou PVA. Et tout récemment, le suffixe "S", qui a le décodage "Super", a été ajouté aux modifications existantes, mais les moniteurs n'ont pas acquis de caractéristiques particulières par rapport aux concurrents, si ce n'est qu'ils ont légèrement augmenté de prix.

La technologie VA a été conçue pour éliminer les défauts des matrices de films TN +, et les fabricants ont pu obtenir certains résultats, mais en comparant les deux écrans, l'utilisateur constatera qu'ils ont des caractéristiques opposées. C'est-à-dire que les inconvénients des matrices VA sont les avantages de TN, et les avantages de VA sont les inconvénients des matrices bon marché. On ne sait pas ce que pensaient les fabricants, mais la situation du marché n'a pas changé pour ces matrices jusqu'à présent, même avec l'introduction du marquage Super.

Avantages et inconvénients de la technologie VA

Si la technologie VA est comparée à la matrice de film TN+ la moins chère du marché, alors les avantages sont évidents : excellents angles de vision, rendu des nuances de très haute qualité avec des noirs profonds. En fait, ce type de matrice de moniteur photo est le meilleur dans sa gamme de prix. La seule chose qui est déroutante est le temps de réponse. Par rapport à un écran TN bon marché, il est plusieurs fois supérieur. Naturellement, un appareil avec une telle matrice ne convient pas aux amateurs de jeux, car l'image dynamique sera constamment floue.

Mais pour les designers, les maquettistes, les passionnés de photographie et tous les professionnels qui ont besoin de travailler avec de la vraie couleur et ses nuances, les moniteurs dotés de la technologie VA en tomberont amoureux. De plus, le grand angle de vision ne déforme pas l'image de l'écran même lorsqu'il est incliné. De tels moniteurs conviennent au multimédia - regarder n'importe quel film avec votre famille sera intéressant, car l'écran permet de voir la vraie couleur noire, et non sa ressemblance sous la forme de cinquante nuances de gris.

Aucun défaut?

Les matrices IPS et leurs diverses modifications sont sur le marché depuis longtemps. Cependant, leur coût n'est pas aussi attrayant pour les acheteurs que les caractéristiques impeccables des écrans qui utilisent un type coûteux de matrice de moniteurs. Quel est le meilleur écran pour un homme d'affaires et un designer, un président d'entreprise ou un voyageur, seul Apple le sait, car tous ses appareils, sans exception, disposent de la technologie matricielle IPS (In-Plane Switching).

D'année en année, toutes sortes de technologies apparaissent, les spécialistes tentent d'améliorer la qualité d'une matrice déjà chère et de haute qualité, ce qui entraîne un certain nombre de modifications sur le marché: AH-IPS, P-IPS , H-IPS, S-IPS, e-IPS. La différence entre eux est insignifiante, mais elle existe. Par exemple, e-IPS (Enhanced) dispose d'une technologie pour augmenter le contraste et la luminosité de l'écran, ainsi qu'un temps de réponse réduit. La série professionnelle P-IPS peut afficher des couleurs 30 bits, c'est dommage, l'utilisateur ne le remarquera pas clairement.

Atteindre un rêve

Sans entrer dans le déchiffrement des modifications de la matrice IPS, vous pouvez voir que cette technologie est une sorte de symbiose des productions cinématographiques VA et TN +. Naturellement, seuls les mérites ont été sélectionnés, qui ont été incorporés dans un seul appareil. Par exemple, le type de moniteur matriciel AH-IPS (Advanced High Performance) est un concurrent direct des panneaux plasma, qui n'ont pas d'analogues dans le monde en termes de qualité de reproduction d'image haute définition. Une déclaration aussi sérieuse a été faite en 2011, cependant, à part le prix gonflé d'un appareil avec une matrice AH-IPS, il n'a pas encore été possible de prouver la supériorité.

Et pourtant, si un amateur de jeux se demande quel type de matrice de moniteur choisir - IPS ou TN, la bonne décision serait d'acheter un écran plus cher et de haute qualité. Laissez le prix de l'appareil être plusieurs fois supérieur à celui du concurrent bon marché, mais le temps passé avec votre jouet préféré sera plus intéressant. Après tout, la qualité d'image réaliste passera toujours en premier.

Producteurs de jeux amusants

Tout d'abord, nous parlerons du géant coréen Samsung, qui s'efforce constamment d'inventer de nouvelles technologies, mais il n'y parvient pas toujours, car outre la qualité, l'acheteur s'intéresse également au coût de l'appareil, qui pour certains raison cherche à augmenter de façon disproportionnée.

En introduisant la technologie de séparation à un seul pixel, Samsung a obtenu une meilleure clarté d'image. Tout d'abord, cela est perceptible à l'écran lors de la saisie de texte multicolore en petits caractères. La technologie a été approuvée par de nombreux concepteurs de mise en page, et les moniteurs labellisés PVA ont rapidement trouvé des fans.

Le type de matrice de moniteur WVA était une version améliorée de la technologie de Samsung et, à en juger par le faible coût des appareils, était en concurrence libre sur le marché. Le manque de vitesse de réponse de la matrice dans tous les appareils créés avec la technologie VA n'a pas été éliminé.

Une solution radicale

Le type de matrice de moniteur AH-IPS n'intéresse que les acheteurs des pays développés du monde. En effet, pour la meilleure qualité, il faut payer une somme très importante, qui dépasse les moyens des habitants de l'espace post-soviétique. Et il ne sert à rien d'acheter un moniteur légèrement plus cher qu'un ordinateur personnel moderne. Par conséquent, les fabricants d'un appareil coûteux ont dû réduire le coût de la technologie en réduisant la qualité de la production de composants. C'est ainsi qu'est apparu sur le marché un nouveau type de moniteur matriciel PLS (Plane-to-Line Switching).

Après avoir analysé les caractéristiques et étudié le principe de la nouvelle matrice, on pourrait penser qu'il ne s'agit que d'une modification améliorée de la matrice PVA de Samsung. C'est vrai. Il s'est avéré que le fabricant a développé cette technologie il y a longtemps, mais l'introduction a eu lieu assez récemment, alors qu'il y avait une énorme différence de prix entre les appareils de la classe moyenne et les plus chers, et qu'il était urgent d'occuper une niche de prix vide.

Qui a gagné?

Apparemment, c'est le seul cas où un acheteur gagne dans une guerre entre fabricants pour un marché de vente, qui obtient un appareil décent selon ses caractéristiques pour un prix qui lui est tout à fait acceptable. L'inconvénient peut être attribué à une petite sélection de fabricants, car Samsung n'a pas publié la technologie en dehors de ses préoccupations, la marque coréenne a donc peu de concurrents - Philips et AOC.

Mais, étant confronté au choix du meilleur type de matrice de moniteur - IPS ou PLS, un acheteur potentiel qui décide d'économiser de l'argent donnera certainement la préférence à ce dernier. Après tout, en fait, il n'y a pas beaucoup de différence entre les appareils. Et si vous faites attention au fait que la plupart des appareils mobiles, y compris les tablettes, ont une matrice PLS, qui est très souvent présentée par le vendeur comme un IPS plus cher, alors il n'y a qu'une conclusion.

A la poursuite de la perfection

Il n'y a pas si longtemps, Sharp a introduit un type de matrice de moniteur fabriqué à l'aide de la technologie IGZO (oxydes d'indium, de gallium et de zinc). Selon le fabricant, le matériau a une conductivité très élevée et une consommation d'énergie moindre, grâce à quoi il a été possible d'obtenir une densité de pixels par pouce carré plus élevée. En effet, la technologie IGZO est adaptée à la production de moniteurs 4K et de tous les appareils mobiles produits au format Ultra HD.

La technologie est loin d'être bon marché et les prix des moniteurs et des téléviseurs avec matrice IGZO battent des records du monde. Cependant, l'entreprise bien connue Apple a très vite trouvé ses marques, ayant passé des contrats avec le fabricant de matrices. Cela signifie que l'avenir appartient à cette technologie, il ne reste plus qu'à attendre la baisse des prix sur le marché mondial.

Le meilleur choix pour le joueur

Après avoir étudié les technologies de production existantes, vous pouvez sans hésiter déterminer quel type de matrice de moniteur est le meilleur. Pour les jeux, le temps de réponse et le rendu des couleurs sont une priorité, il n'y a donc pas beaucoup de choix ici. Pour ceux qui souhaitent économiser de l'argent, un appareil avec une matrice PLS est tout à fait approprié. Bien que le choix parmi les fabricants soit restreint, il existe une possibilité de décider parmi les modifications. En plus du type de matrice standard, le fabricant propose un modèle Super-PLS amélioré, dans lequel une luminosité, un contraste et un écran plus élevés permettent d'afficher une résolution dépassant le FullHD.

Mais si le prix de l'émission n'est pas critique pour l'acheteur, alors l'écran IPS vous permettra de profiter de l'image la plus réaliste. Il ne sera pas possible de se tromper dans les marquages, car ils se résument tous à améliorer l'angle de vision et le contraste dynamique. La seule différence est le prix - mieux c'est, plus c'est cher. Ayant privilégié un appareil du type matrice de moniteurs IPS, le joueur ne perd pas.

Le traitement des photos et les graphiques sont une priorité

Il est clair que le dispositif IPS convient aux concepteurs et aux maquettistes. Mais est-il judicieux de payer trop cher ? Après tout, le traitement et la mise en page des photos impliquent de travailler avec les couleurs et leurs nuances. Le temps de réponse de la matrice n'est pas du tout pris en compte. Les professionnels recommandent de ne pas gaspiller votre argent et de choisir une matrice de moniteur de type VA. Oui, c'est une technologie ancienne, oui, c'est le siècle dernier, mais en termes de critère qualité-prix, les matrices de ce type n'ont pas de concurrentes. Et s'il y a un désir d'acheter quelque chose parmi les nouveaux produits, alors le choix peut être arrêté à la matrice PLS.

S'il est nécessaire de travailler derrière un moniteur à haute résolution, par exemple 4K, les professionnels recommandent de privilégier les appareils IGZO. Leur prix n'est pas loin des écrans IPS populaires, mais en termes de qualité, ils sont indéniablement meilleurs.

Les amateurs de multimédia peuvent économiser de l'argent

Curieusement, mais pour ceux qui aiment regarder des films sur l'écran du moniteur et surfer sur Internet, il suffit amplement d'acheter un appareil avec une matrice de film TN +. Un gadget bon marché avec un écran amélioré peut facilement remplacer un petit téléviseur. Le problème peut apparaître uniquement dans les scènes dynamiques sombres, où au lieu d'un fond noir, le spectateur devra observer un nuage gris. Si cela est critique, vous devez vous tourner vers les matrices VA. Oui, le prix est plus élevé, mais le problème de couleur sera résolu. De plus, l'acheteur bénéficiera d'un contraste très élevé et d'angles de vision larges. N'oubliez pas la résolution physique de la matrice - plus elle est élevée, meilleure est l'image.

Option bureau

Il semblerait que le type universel de film matriciel TN + soit très approprié pour travailler avec du texte. Mais, comme le montre la pratique, travailler avec des petits caractères derrière un tel écran est extrêmement gênant. Et si le moniteur est acheté directement pour travailler avec de grandes quantités de texte, alors vous devriez vous soucier de votre vision. La technologie la plus proche de TN à un prix abordable est VA. Quels que soient le fabricant et la taille de l'écran, un tel appareil vous permettra de rester assis devant l'ordinateur pendant plus d'une heure sans aucun problème.

Lors du choix d'un moniteur pour le travail de bureau, il convient de prêter attention à la fois à la taille et à la résolution physique de la matrice. La diagonale de l'écran pour travailler avec du texte ne doit pas dépasser la distance entre les yeux de l'utilisateur et la matrice. Il est également recommandé de sélectionner des moniteurs de bureau avec un rapport hauteur/largeur de 4: 3, car dans ce rapport, des informations plus lisibles sont placées sur l'écran.

Nouvelle tendance : pour soi

Après avoir étudié toutes les technologies existantes d'écrans à cristaux liquides, avant de choisir le type de matrice de moniteur, un acheteur potentiel doit se familiariser avec les informations obtenues grâce aux enquêtes auprès des utilisateurs dans les médias.

1. Le moniteur est un achat durable. C'est-à-dire que la prochaine acquisition, avec une forte probabilité, ne sera pas avant 10 ans.
2. Dans 99% des cas, les exigences énoncées pour les équipements ne coïncident pas avec les conditions d'exploitation. C'est-à-dire que les batailles de jeu se déroulent sur l'écran du bureau et que seuls les flux d'actualités sont visionnés sur les appareils d'élite.
3. Multi-connexion. Pour la commodité du travail, 25% des utilisateurs dans le monde connectent plusieurs moniteurs à un ordinateur (2, 3, 4), et le nombre de ces propriétaires ne cesse de croître. La commodité est que pour chaque appareil connecté, un rôle spécifique est attribué - jeux, films, bureau, etc.

Les informations ci-dessus nous permettent de repenser nos connaissances antérieures. Il est recommandé de faire un achat, en se fondant non pas sur les besoins, mais sur le désir et les capacités. En fait, cela vaut la peine de se concentrer sur l'appareil le plus cher et le plus de haute qualité que l'utilisateur puisse se permettre. Vous ne pouvez pas enregistrer ici.

Enfin

Après avoir découvert quel type de matrice de moniteur convient le mieux à l'utilisateur, ce que signifie le marquage de la lettre sur l'écran de l'appareil et comment cela affecte le prix et la qualité, vous pouvez procéder au choix de la diagonale. Cependant, de nombreux professionnels de l'informatique vous recommandent de faire attention à la résolution de l'écran - combien de points par pouce carré il peut afficher. Très souvent, le choix correct de la résolution requise conduit à l'achat d'un moniteur avec une diagonale plus petite et, par conséquent, à des économies d'argent importantes. Le fabricant de moniteurs joue un rôle important - une matrice de sa propre production, la présence d'un centre de service sur le lieu de résidence et une longue période de garantie indiquent au futur propriétaire qu'il acquiert un appareil digne qui ne manquera jamais .

Comment fonctionne un moniteur CRT

Comment fonctionne l'écran LCD

Comment fonctionne un écran tactile

Il existe trois types de technologies de capteurs :

Résistant : les panneaux tactiles résistifs sont recouverts d'une plaque métallique qui conduit l'électricité et d'une couche résistive qui provoque un changement de flux électrique qui est reconnu comme étant touché et envoyé au répartiteur pour traitement. Les pavés tactiles résistifs sont généralement les plus abordables, mais n'offrent qu'une clarté de 85 % et peuvent être endommagés par tout objet pointu. La pénétration de poussière ou d'eau n'affectera pas le fonctionnement des écrans tactiles résistifs.

Onde acoustique de surface (SAW) : La technologie SAW utilise des ondes ultrasonores pour traverser la surface d'un écran tactile. Lorsque le panneau est touché, certaines des ondes sont absorbées. Ce changement dans les ondes ultrasonores est détecté comme un toucher et envoie les informations au contrôleur pour traitement. Les panneaux de tensioactifs sont les plus progressifs.

Capacitif : les écrans tactiles capacitifs sont recouverts d'un matériau qui contient une charge électrique. Lorsque le panneau est touché, le point de contact reçoit une petite charge. Le circuit est situé à tous les coins du panneau, mesure la charge et envoie les informations au répartiteur pour traitement. Les panneaux tactiles capacitifs doivent être utilisés avec le toucher de vos doigts, par opposition aux panneaux résistifs et SAW, qui peuvent être utilisés avec votre doigt ou votre stylet. La pénétration de poussière ou d'eau n'affectera pas le fonctionnement des écrans tactiles capacitifs.

Des informations plus détaillées sur les écrans tactiles peuvent être obtenues sur : http://digitaldevice.ua/project/tehnologii-sensornih-ekranov

Comment fonctionne le moniteur 3D

Spécifications du moniteur :

Autorisation Il y a un moniteur LCD, et il est aussi appelé natif, il correspond à la résolution physique maximale des moniteurs CRT. C'est en résolution native que l'écran LCD reproduit le mieux l'image. Cette résolution est déterminée par la taille des pixels, qui est fixée sur l'écran LCD. Par exemple, si le moniteur LCD a une résolution native de 1024x768, cela signifie qu'il y a 1024 électrodes sur chacune des 768 lignes, lisez : pixels. Dans le même temps, il est possible d'utiliser une résolution inférieure à la résolution native. Il y a deux façons de faire ça. Le premier s'appelle « Centrage » ; l'essence de la méthode est que seul le nombre de pixels est utilisé pour afficher l'image, ce qui est nécessaire pour former une image avec une résolution inférieure. En conséquence, l'image n'est pas en plein écran, mais seulement au milieu. Tous les pixels inutilisés restent noirs, c'est-à-dire une large bordure noire se forme autour de l'image. La deuxième méthode est appelée "Expansion". Son essence est que lors de la reproduction d'une image avec une résolution inférieure à la résolution native, tous les pixels sont utilisés, c'est-à-dire l'image remplit tout l'écran. Cependant, comme l'image est étirée pour remplir tout l'écran, une légère distorsion se produit et la netteté se détériore. Par conséquent, lors du choix d'un moniteur LCD, il est important de savoir clairement de quelle résolution vous avez besoin.

Résolution de l'écran du moniteur :

Luminosité et contraste Les moniteurs LCD ne sont pas standardisés. Dans le même temps, au centre, la luminosité d'un moniteur LCD peut être 25 % plus élevée que sur les bords de l'écran. Le contraste d'un moniteur LCD est déterminé par le rapport de luminosité entre le blanc le plus clair et le noir le plus foncé, et est l'un des principaux paramètres de l'affichage.

Par rapport à la lumière, la matrice d'un écran LCD n'est pas un élément actif, mais un élément passif, elle n'est pas capable d'émettre de la lumière, mais est uniquement capable de moduler la lumière qui la traverse. Par conséquent, un module de rétroéclairage est toujours situé derrière la matrice LCD, et la matrice ne contrôle que sa transparence. La transparence est ajustée en faisant tourner le plan de polarisation - les cristaux liquides sont situés entre deux polariseurs codirectionnels : la codirectionnalité signifie que si la lumière entre eux n'a pas changé de plan de polarisation, alors elle traverse le deuxième polariseur sans perte.

Comparaison des moniteurs LCD et des moniteurs CRT :

Les normes de sécurité:

Sur tous les moniteurs modernes, vous pouvez trouver des autocollants avec l'abréviation TCO ou MPRII. Sur les modèles très anciens il y a aussi les inscriptions "Low Radiation", qui en fait ne disent rien. C'est juste qu'une fois, uniquement à des fins de marketing, des fabricants d'Asie du Sud-Est ont attiré l'attention sur leurs produits. Une telle inscription ne garantit aucune protection.

La plupart des mesures lors des tests de conformité TCO sont prises à une distance de 30 cm devant l'écran et à une distance de 50 cm autour du moniteur. A titre de comparaison, lors du test des moniteurs par rapport à une autre norme MPRII, toutes les mesures sont prises à une distance de 50 cm devant l'écran et autour du moniteur. Cela explique pourquoi les normes TCO sont plus strictes que MPRII.

TCO'99 est plus exigeant que toutes les autres normes dans les domaines suivants : ergonomie (physique, visuelle et ergonomie), énergie, rayonnement (champs électriques et magnétiques), environnement et écologie, et sécurité incendie et électrique. La norme TCO'99 s'applique aux moniteurs CRT traditionnels, aux écrans plats, aux ordinateurs portables (ordinateurs portables et ordinateurs portables), aux unités centrales et aux claviers. Les spécifications TCO'99 contiennent des exigences tirées des normes TCO'95, ISO, IEC et EN, ainsi que de la directive CE 90/270 / CEE et de la norme nationale suédoise MPR 1990 : 8 (MPRII) et des recommandations TCO antérieures. La norme TCO'99 a été développée par TCO, Naturskyddsforeningen et Statens Energimyndighet (l'administration nationale suédoise de l'énergie).

Les exigences environnementales comprennent des restrictions sur la présence de métaux lourds, de bromes et de chlores, de fréons (CFC) et de substances chlorées dans les matériaux.

Tout produit doit être préparé pour le recyclage et le fabricant doit avoir développé une politique d'élimination qui doit être suivie dans chaque pays dans lequel l'entreprise opère.

Les exigences d'économie d'énergie incluent la nécessité pour l'ordinateur et/ou le moniteur de réduire la consommation d'énergie d'une ou plusieurs étapes après une certaine période d'inactivité. Dans ce cas, la période de temps de récupération au mode de fonctionnement de la consommation d'énergie doit convenir à l'utilisateur

Aujourd'hui, la technologie des écrans plats, y compris ceux à cristaux liquides, est la plus prometteuse. Bien que les moniteurs LCD ne représentent actuellement qu'environ 10 % des ventes mondiales, ce secteur de marché est celui qui connaît la croissance la plus rapide (65 % par an).

Principe d'opération

Les écrans LCD (Liquid Crystal Display, moniteurs à cristaux liquides) sont fabriqués à partir d'une substance (cyanophényle), qui est à l'état liquide, mais qui possède en même temps certaines des propriétés inhérentes aux corps cristallins. En fait, il s'agit de liquides présentant une anisotropie de propriétés (notamment optiques) associée à un ordre dans l'orientation des molécules.
Curieusement, mais les cristaux liquides ont presque dix ans de plus que le CRT, la première description de ces substances date de 1888. Cependant, pendant longtemps, personne n'a su les appliquer en pratique : il existe de telles substances et tout, et personne à part les physiciens et les chimistes, ils n'étaient pas intéressants. Ainsi, les matériaux à cristaux liquides ont été découverts en 1888 par le scientifique autrichien F. Renitzer, mais ce n'est qu'en 1930 que les chercheurs de la société britannique Marconi ont reçu un brevet pour leur application industrielle. Cependant, les choses n'allèrent pas plus loin, car la base technologique à l'époque était encore trop faible. La première véritable percée a été réalisée par les scientifiques Fergason et Williams de RCA (Radio Corporation of America). L'un d'eux a créé un capteur thermique à base de cristaux liquides, utilisant leur effet réflecteur sélectif, l'autre a étudié l'effet d'un champ électrique sur les cristaux nématiques. Et à la fin de 1966, RCA Corporation a présenté un prototype de moniteur LCD - une horloge numérique. Sharp Corporation a joué un rôle important dans le développement de la technologie LCD. Elle fait toujours partie des leaders technologiques. La première calculatrice CS10A au monde a été produite en 1964 par cette société. En octobre 1975, la première horloge numérique compacte a été fabriquée en utilisant la technologie LCD TN. Dans la seconde moitié des années 70, commence le passage des afficheurs à cristaux liquides à huit segments à la production de matrices avec adressage de chaque point. Ainsi, en 1976, Sharp a sorti un téléviseur noir et blanc avec une diagonale d'écran de 5,5 pouces, réalisé sur la base d'une matrice LCD avec une résolution de 160x120 pixels.
Le fonctionnement du LCD est basé sur le phénomène de polarisation du flux lumineux. On sait que les cristaux dits polaroïd ne sont capables de transmettre que la composante lumineuse dont le vecteur d'induction électromagnétique se situe dans un plan parallèle au plan optique du polaroïd. Pour le reste du flux lumineux, le polaroïd sera opaque. Ainsi, le polaroid "tamise" la lumière, cet effet s'appelle la polarisation de la lumière. Lorsque l'on a étudié les substances liquides, dont les longues molécules sont sensibles aux champs électrostatiques et électromagnétiques et sont capables de polariser la lumière, il est devenu possible de contrôler la polarisation. Ces substances amorphes, pour leur similitude avec les substances cristallines dans leurs propriétés électro-optiques, ainsi que pour leur capacité à prendre la forme d'un vaisseau, étaient appelées cristaux liquides.
Sur la base de cette découverte et à la suite d'autres recherches, il est devenu possible de trouver une relation entre l'augmentation de la tension électrique et le changement d'orientation des molécules cristallines pour assurer l'imagerie. Les cristaux liquides ont d'abord été utilisés dans les écrans des calculatrices et des horloges électroniques, puis ils ont commencé à être utilisés dans les moniteurs des ordinateurs portables. Aujourd'hui, grâce aux progrès réalisés dans ce domaine, les écrans LCD pour ordinateurs de bureau sont de plus en plus courants.

Un écran LCD est un ensemble de petits segments (appelés pixels) qui peuvent être manipulés pour afficher des informations. Un moniteur LCD a plusieurs couches, où le rôle clé est joué par deux panneaux en verre sans sodium et très pur appelé substrat ou substrat, qui contiennent en fait une fine couche de cristaux liquides entre eux [voir. riz. 2.1]. Les panneaux ont des rainures qui guident les cristaux pour leur donner une orientation particulière. Les rainures sont situées de telle sorte qu'elles soient parallèles sur chaque panneau, mais perpendiculaires entre les deux panneaux. Les rainures longitudinales sont obtenues en plaçant de minces films de plastique transparent sur la surface du verre, qui sont ensuite traités d'une manière spéciale. Au contact des sillons, les molécules des cristaux liquides sont orientées de la même manière dans toutes les cellules. Les molécules de l'un des types de cristaux liquides (nématiques), en l'absence de tension, font tourner le vecteur champ électrique (et magnétique) dans l'onde lumineuse d'un certain angle dans le plan perpendiculaire à l'axe de propagation du faisceau. L'application de rainures sur la surface du verre permet d'assurer le même angle de rotation du plan de polarisation pour toutes les cellules. Les deux panneaux sont très proches l'un de l'autre. Le panneau à cristaux liquides est éclairé par une source lumineuse (selon l'endroit où il se trouve, les panneaux à cristaux liquides fonctionnent pour la réflexion ou la transmission de la lumière).

Le plan de polarisation du faisceau lumineux est tourné de 90 ° lors du passage d'un panneau [voir. riz. 2.2].
Lorsqu'un champ électrique apparaît, les molécules de cristaux liquides s'alignent partiellement verticalement le long du champ, l'angle de rotation du plan de polarisation de la lumière devient différent de 90 degrés et la lumière traverse librement les cristaux liquides [voir. riz. 2.3].
La rotation du plan de polarisation du faisceau lumineux est imperceptible à l'œil, il est donc devenu nécessaire d'ajouter deux couches supplémentaires aux panneaux de verre, qui sont des filtres polarisants. Ces filtres ne transmettent que la composante du faisceau lumineux, pour laquelle l'axe de polarisation correspond à celui donné. Ainsi, lors du passage dans le polariseur, le faisceau lumineux sera atténué en fonction de l'angle entre son plan de polarisation et l'axe du polariseur. En l'absence de tension, la cellule est transparente, puisque le premier polariseur ne transmet de la lumière qu'avec le vecteur de polarisation correspondant. Grâce aux cristaux liquides, le vecteur de polarisation de la lumière est tourné, et au moment où le faisceau passe au deuxième polariseur, il est déjà tourné de sorte qu'il traverse le deuxième polariseur sans problème [voir. Figure 2.4a].

En présence d'un champ électrique, la rotation du vecteur de polarisation se produit à un angle plus petit, ainsi le deuxième polariseur ne devient que partiellement transparent pour le rayonnement. Si la différence de potentiel est telle que la rotation du plan de polarisation dans les cristaux liquides ne se produit pas du tout, alors le faisceau lumineux sera complètement absorbé par le deuxième polariseur et l'écran apparaîtra noir lorsqu'il est éclairé par l'arrière par l'avant ( les faisceaux de rétroéclairage sont complètement absorbés dans l'écran) [voir. Figure 2.4b]. Si vous placez un grand nombre d'électrodes qui créent des champs électriques différents à des endroits séparés de l'écran (cellule), il sera alors possible, avec un contrôle correct des potentiels de ces électrodes, d'afficher des lettres et d'autres éléments d'image sur l'écran . Les électrodes sont placées dans du plastique transparent et peuvent être de n'importe quelle forme. Les innovations technologiques ont permis de limiter leurs tailles à la taille d'un petit point, par conséquent, plusieurs électrodes peuvent être placées sur la même zone d'écran, ce qui augmente la résolution du moniteur LCD et nous permet d'afficher même des images complexes en couleur . Pour afficher une image en couleur, le rétroéclairage du moniteur est nécessaire pour que la lumière vienne de l'arrière de l'écran LCD. Ceci est nécessaire pour pouvoir observer l'image avec une bonne qualité, même si l'environnement n'est pas lumineux. La couleur est obtenue en utilisant trois filtres qui séparent trois composants principaux de l'émission d'une source de lumière blanche. En combinant les trois couleurs primaires pour chaque point ou pixel de l'écran, il devient possible de reproduire n'importe quelle couleur.
En fait, dans le cas de la couleur, il y a plusieurs possibilités : vous pouvez faire plusieurs filtres les uns après les autres (conduisant à une petite fraction du rayonnement transmis), vous pouvez utiliser la propriété d'une cellule à cristaux liquides - lorsque l'intensité du champ électrique change , l'angle de rotation du plan de polarisation du rayonnement change différemment pour les composantes lumineuses de longueurs d'onde différentes. Cette fonction peut être utilisée pour réfléchir (ou absorber) le rayonnement d'une longueur d'onde donnée (le problème est la nécessité de modifier précisément et rapidement la tension). Le mécanisme utilisé dépend du fabricant spécifique. La première méthode est plus simple, la seconde est plus efficace.
Les premiers écrans LCD étaient très petits, environ 8 ", alors qu'aujourd'hui ils ont atteint des tailles de 15" pour une utilisation dans les ordinateurs portables, et des moniteurs LCD de 20 " ou plus sont produits pour les ordinateurs de bureau. Une augmentation de la taille est suivie d'une augmentation de la résolution, ce qui entraîne l'apparition de nouveaux problèmes qui ont été résolus à l'aide de technologies spéciales émergentes, nous décrirons tout cela ci-dessous. L'un des premiers défis était le besoin d'une norme pour définir la qualité d'affichage à haute résolution. La première étape vers l'objectif était d'augmenter l'angle de rotation du plan de polarisation de la lumière dans les cristaux de 90 ° à 270 ° en utilisant la technologie STN.

Avantages et inconvénients des moniteurs LCD

Parmi les avantages du TFT figurent une excellente mise au point, l'absence de distorsion géométrique et d'erreurs d'enregistrement des couleurs. De plus, leur écran ne clignote jamais. Pourquoi? La réponse est simple : ces écrans n'utilisent pas de faisceau d'électrons pour tracer de gauche à droite chaque ligne de l'écran. Lorsque dans un tube cathodique ce faisceau est transféré du coin inférieur droit vers le coin supérieur gauche, l'image est momentanément éteinte (chemin inverse du faisceau). Au contraire, les pixels d'un écran TFT ne s'éteignent jamais, ils changent simplement d'intensité en permanence.
Le tableau 1.1 montre toutes les principales différences de performances pour différents types d'écrans :

Tableau 1.1. Caractéristiques comparatives des moniteurs CRT et LCD.

Légende: ( + ) dignité, ( ~ ) est admissible, ( - ) défaut

Du tableau 1.1, il s'ensuit que le développement ultérieur des moniteurs LCD sera associé à une augmentation de la clarté et de la luminosité de l'image, une augmentation de l'angle de vision et une diminution de l'épaisseur de l'écran. Ainsi, par exemple, il existe déjà des développements prometteurs de moniteurs LCD, réalisés grâce à une technologie utilisant du silicium polycristallin. Ceci permet notamment de réaliser des dispositifs très fins, puisque les microcircuits de commande sont alors placés directement sur le substrat en verre de l'afficheur. De plus, la nouvelle technologie offre une haute résolution sur un écran relativement petit (1024x768 pixels sur un écran de 10,4 pouces).

RTC, DSTN, TFT, S-TFT

STN est l'abréviation de Super Twisted Nematic. La technologie STN augmente l'angle de torsion (angle de torsion) de l'orientation du cristal à l'intérieur de l'écran LCD de 90 ° à 270 °, ce qui offre un meilleur contraste d'image lors de l'augmentation de la taille du moniteur.
Les cellules STN sont souvent utilisées par paires. Cette conception est appelée DSTN (Double Super Twisted Nematic), dans laquelle une cellule DSTN double couche est constituée de 2 cellules STN, dont les molécules tournent dans des directions opposées pendant le fonctionnement. La lumière traversant une telle structure dans un état "verrouillé" perd la majeure partie de son énergie. Le contraste et la résolution du DSTN sont suffisamment élevés, il est donc devenu possible de réaliser un écran couleur, dans lequel il y a trois cellules LCD et trois filtres optiques de couleurs primaires pour chaque pixel. Les écrans couleur ne peuvent pas fonctionner sur la lumière réfléchie, un rétroéclairage est donc indispensable. Pour réduire la taille de la lampe est sur le côté, et en face c'est un miroir [voir. riz. 2.5], de sorte que la plupart des écrans LCD au centre sont plus lumineux que les bords (cela ne s'applique pas aux moniteurs LCD de bureau).

Les cellules STN sont également utilisées en mode TSTN (Triple Super Twisted Nematic), lorsque deux fines couches de film polymère sont ajoutées pour améliorer le rendu des couleurs des écrans couleur ou pour fournir des moniteurs monochromes de bonne qualité.
Le terme matrice passive est apparu à la suite de la division du moniteur en points, dont chacun, grâce aux électrodes, peut régler l'orientation du plan de polarisation du faisceau, indépendamment des autres, de sorte qu'en conséquence, chacun de ces l'élément peut être illuminé individuellement pour créer une image. La matrice est dite passive, car la technologie de création d'écrans LCD, qui a été décrite ci-dessus, ne peut pas fournir un changement rapide des informations à l'écran. L'image est formée ligne par ligne en appliquant séquentiellement une tension de commande aux cellules individuelles, les rendant transparentes. En raison de la capacité électrique assez importante des cellules, la tension à leurs bornes ne peut pas changer assez rapidement, de sorte que l'image est mise à jour lentement. Un tel affichage présente de nombreux inconvénients en termes de qualité, car l'image ne s'affiche pas correctement et tremble à l'écran. Le faible taux de variation de la transparence des cristaux ne permet pas un affichage correct des images animées.
Pour résoudre certains des problèmes ci-dessus, des technologies spéciales sont utilisées.Pour améliorer la qualité de l'image dynamique, il a été proposé d'augmenter le nombre d'électrodes de contrôle. C'est-à-dire que la matrice entière est divisée en plusieurs sous-matrices indépendantes (Dual Scan DSTN - deux champs de balayage d'image indépendants), dont chacune contient un plus petit nombre de pixels, par conséquent, leur contrôle un par un prend moins de temps. temps. En conséquence, le temps d'inertie de l'écran LCD peut être raccourci.
De plus, les meilleurs résultats en termes de stabilité, de qualité, de résolution, de lissage et de luminosité de l'image peuvent être obtenus en utilisant des écrans à matrice active, qui sont cependant plus chers.
La matrice active utilise des éléments amplificateurs séparés pour chaque cellule d'écran pour compenser l'effet de la capacité des cellules et réduire considérablement le temps de changement de leur transparence. La matrice active présente de nombreux avantages par rapport à la matrice passive. Par exemple, la meilleure luminosité et la possibilité de regarder l'écran même avec un écart allant jusqu'à 45 ° ou plus (c'est-à-dire à un angle de vision de 120 ° à 140 °) sans compromettre la qualité de l'image, ce qui est impossible dans le cas d'une matrice passive, qui vous permet de voir une image de haute qualité uniquement depuis la position avant par rapport à l'écran. A noter que les modèles coûteux de moniteurs LCD à matrice active offrent un angle de vision de 160° [voir fig. 2.6], et il y a tout lieu de croire que la technologie sera améliorée à l'avenir. La matrice active peut afficher des images en mouvement sans gigue visible, puisque le temps de réponse d'un affichage à matrice active est d'environ 50 ms contre 300 ms pour une matrice passive, de plus, le contraste des moniteurs à matrice active est plus élevé que celui des moniteurs CRT. Il convient de noter que la luminosité d'un élément d'écran individuel reste inchangée pendant tout l'intervalle de temps entre les mises à jour de l'image et ne représente pas une courte impulsion de lumière émise par un élément phosphore d'un moniteur CRT immédiatement après qu'un faisceau d'électrons a traversé cet élément. . C'est pourquoi la fréquence verticale de 60 Hz est suffisante pour les moniteurs LCD.

La fonctionnalité d'un écran LCD à matrice active est presque la même que celle d'un écran à matrice passive. La différence réside dans le réseau d'électrodes qui pilote les cellules à cristaux liquides de l'écran. Dans le cas d'une matrice passive, différentes électrodes reçoivent une charge électrique de manière cyclique lorsque l'affichage est mis à jour ligne par ligne, et par suite de la décharge des capacités des éléments, l'image disparaît, puisque les cristaux revenir à leur configuration d'origine. Dans le cas d'une matrice active, un transistor de stockage est ajouté à chaque électrode pouvant stocker des informations numériques (valeurs binaires 0 ou 1) et de ce fait l'image est stockée jusqu'à l'arrivée d'un autre signal. Le problème de retarder la décoloration de l'image dans les matrices passives est partiellement résolu en utilisant un plus grand nombre de couches de cristaux liquides pour augmenter la passivité et réduire les déplacements, mais maintenant, lors de l'utilisation de matrices actives, il est devenu possible de réduire le nombre de couches de cristaux liquides. Les transistors de stockage doivent être constitués de matériaux transparents, qui permettront au faisceau lumineux de les traverser, ce qui signifie que les transistors peuvent être situés au dos de l'écran, sur un panneau de verre contenant des cristaux liquides. A ces fins, des films plastiques sont utilisés, appelés "Thin Film Transistor" (ou simplement TFT).
Thin Film Transistor (TFT) c'est-à-dire Les TFT sont les commandes qui contrôlent chaque pixel à l'écran. Le transistor à couche mince est vraiment très mince, son épaisseur est de 0,1 à 0,01 micron.
Les premiers écrans TFT, apparus en 1972, utilisaient du séléniure de cadmium, qui a une mobilité électronique élevée et maintient une densité de courant élevée, mais au fil du temps, une transition s'est faite vers le silicium amorphe (a-Si), et des matrices à haute résolution utilisent silicium polycristallin ( p-Si).
La technologie de création des TFT est très complexe et il est difficile d'atteindre un pourcentage acceptable de bons produits du fait que le nombre de transistors utilisés est très important. A noter qu'un moniteur pouvant afficher une image avec une résolution de 800x600 pixels en mode SVGA et avec seulement trois couleurs possède 1 440 000 transistors individuels. Les fabricants établissent des normes pour le nombre maximum de transistors qui peuvent être inopérants dans un écran LCD. Certes, chaque fabricant a sa propre opinion sur le nombre de transistors qui peuvent ne pas fonctionner.
Le pixel TFT est structuré de la manière suivante : dans une plaque de verre, trois filtres de couleur (rouge, vert et bleu) sont intégrés les uns à la suite des autres. Chaque pixel est une combinaison de trois cellules colorées ou éléments de sous-pixel [voir. riz. 2.7]. Cela signifie, par exemple, qu'un écran ayant une résolution de 1280x1024 a exactement 3840x1024 transistors et éléments de sous-pixel. La taille des points (pixels) pour un écran TFT 15,1 " (1024x768) est d'environ 0,0188" (ou 0,30 mm), et pour un écran TFT 18,1 ", elle est d'environ 0,011 pouces (ou 0,28 mm).

Les écrans TFT présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux moniteurs CRT, notamment une consommation d'énergie et une dissipation thermique réduites, un écran plat et aucune trace d'objets en mouvement. Les développements récents permettent d'obtenir des images de meilleure qualité que les TFT conventionnels.

Plus récemment, Hitachi a développé une nouvelle technologie de panneau multicouche LCD Super TFT qui augmente considérablement l'angle de vision de confiance du panneau LCD. La technologie Super TFT utilise de simples électrodes métalliques montées sur une plaque de verre inférieure et fait tourner les molécules tout en étant constamment dans un plan parallèle au plan de l'écran [réf. riz. 2.8]. Étant donné que les cristaux d'un panneau LCD conventionnel sont tournés vers la surface de l'écran avec leurs pointes, ces écrans LCD dépendent davantage de l'angle de vue que les panneaux LCD Hitachi dotés de la technologie Super TFT. Par conséquent, l'image sur l'écran reste lumineuse. et clair même à de grands angles de vision, obtenant une qualité comparable à l'image sur un écran CRT.

Le japonais NEC a récemment annoncé que ses écrans LCD atteindraient bientôt le niveau des imprimantes laser en termes de qualité d'image, dépassant le seuil de 200 ppi, soit 31 points par mm 2 ou 0,18 mm de pas de point. Selon NEC, les cristaux liquides TN (nématiques torsadés) utilisés aujourd'hui par de nombreux fabricants peuvent construire des écrans avec une résolution allant jusqu'à 400 dpi. Cependant, le principal facteur limitant dans l'augmentation de la résolution est la nécessité de créer des filtres de lumière appropriés. Dans la nouvelle technologie « filtre couleur sur TFT », les filtres lumineux recouvrant les transistors à couches minces sont réalisés par photolithographie sur le substrat inférieur en verre. Dans les écrans conventionnels, des filtres sont appliqués sur un second substrat supérieur, ce qui nécessite un alignement très précis des deux plaques.

Lors de la conférence "Society for information Display" qui s'est tenue en 1999 aux USA, plusieurs rapports ont été faits, témoignant du succès de la création d'écrans à cristaux liquides sur un substrat plastique. Samsung a présenté un prototype d'écran monochrome sur un substrat polymère avec une diagonale de 5,9 pouces et une épaisseur de 0,5 mm. L'épaisseur du substrat lui-même est d'environ 0,12 mm. L'écran a une résolution de 480x320 pixels et un rapport de contraste de 4: 1. Poids - seulement 10 grammes.

Les ingénieurs du Film Technology Laboratory de l'Université de Stuttgart n'ont pas utilisé de transistors à couche mince (TFT), mais des diodes MIM (métal-isolant-métal). La dernière réalisation de cette équipe est un écran couleur de deux pouces avec une résolution de 96x128 pixels et un rapport de contraste de 10:1.

Une équipe d'IBM a développé une technologie de transistor à couche mince organique pour fabriquer des écrans flexibles pour les livres électroniques et autres appareils. Les éléments à transistors conçus par IBM sont pulvérisés sur un substrat en plastique à température ambiante (les écrans LCD traditionnels sont fabriqués à des températures élevées, ce qui élimine l'utilisation de matériaux organiques). Le titonate de zirconate de baryum (BZT) est utilisé pour fabriquer le joint à la place de la silice conventionnelle. Une substance organique appelée pentacène est utilisée comme semi-conducteur, qui est un composé de phényléthylammonium avec de l'iodure d'étain.

Pour augmenter la résolution des écrans LCD, Displaytech a proposé de ne pas créer une image sur la surface d'un grand écran LCD, mais d'afficher l'image sur un petit écran haute résolution, puis d'utiliser un système de projection optique pour l'agrandir à la taille requise. Pour ce faire, Displaytech a utilisé la technologie LCD ferroélectrique d'origine (FLCD). Il est basé sur les cristaux liquides smectiques chiraux proposés pour une utilisation en 1980. Une couche d'un matériau aux propriétés ferroélectriques et capable de réfléchir la lumière polarisée avec la rotation du plan de polarisation est déposée sur un substrat CMOS qui fournit des signaux de commande . Lorsque le flux lumineux réfléchi traverse le deuxième polariseur, une image de pixels sombres et clairs apparaît. Une image couleur est obtenue grâce à l'alternance rapide d'éclairage de la matrice avec une lumière rouge, verte et bleue. Sur la base des matrices FLCD, il est possible de produire des écrans de grande taille avec un contraste élevé et une qualité de rendu des couleurs, avec une large angles de vision et temps de réponse rapide. En 1999, une alliance de sociétés Hewlett-Packard et DisplayTech a annoncé un micro-écran couleur basé sur la technologie FLCD. La résolution de la matrice est de 320x240 pixels. Les caractéristiques distinctives de l'appareil sont une faible consommation d'énergie et la possibilité de lire des vidéos "en direct" en couleur. Le nouvel écran est conçu pour être utilisé dans les appareils photo numériques, les caméscopes, les communicateurs portables et les moniteurs d'ordinateur portables.

Toshiba développe une technologie à basse température utilisant du polysilicium LTPS. Selon les représentants de cette société, ils ne positionnent les nouveaux appareils que pour le marché des appareils mobiles, à l'exclusion des ordinateurs portables, où domine la technologie a-Si TFT. Des écrans 4 "VGA sont déjà en production, avec des matrices 5,8" en préparation. Les experts estiment que 2 millions de pixels sur l'écran sont loin de la limite. L'une des caractéristiques distinctives de cette technologie est sa haute résolution.

Selon les experts de DisplaySearch Corporation, qui étudie le marché des écrans plats, dans la fabrication de presque toutes les matrices à cristaux liquides, les technologies sont actuellement remplacées : TN LCD (Twisted Nematic Liquid Crystal Display) avec STN (Super TN LCD) et en particulier a-Si TFT LCD (LCD à transistors à couche mince en silicium amorphe). Dans les 5 à 7 prochaines années, dans de nombreux domaines d'application, les écrans LCD conventionnels seront remplacés ou complétés par les dispositifs suivants :

• micro-affichages;
• affichages luminescents basés sur des matériaux organiques du LEP;
• affichages basés sur l'émission de champ FED (Field Emisson Display);
• affichages utilisant du silicium polycristallin à basse température LTPS (Low Temperature PolySilicon);
• écrans plasma PDP (Plasma Display Panel).

Extrait de http://monitors.narod.ru

Pour beaucoup, les écrans à cristaux liquides (LCD) sont principalement associés aux moniteurs à écran plat, aux téléviseurs « cools », aux ordinateurs portables, aux caméscopes et aux téléphones portables. Certains ajouteront ici les PDA, les jeux électroniques, les guichets automatiques. Mais il existe encore de nombreux domaines où des écrans à haute luminosité, à construction robuste et à large plage de températures sont nécessaires.

Les écrans plats sont utilisés lorsque la consommation électrique minimale, le poids et les dimensions sont des paramètres critiques. Ingénierie mécanique, automobile, chemins de fer, plates-formes de forage offshore, équipements miniers, points de vente en plein air, électronique aéronautique, marine, véhicules spéciaux, systèmes de sécurité, équipements médicaux, armes - ceci n'est pas une liste complète d'applications pour les écrans LCD.

Le développement constant des technologies dans ce domaine a permis de réduire le coût de production des LCD à un niveau tel qu'une transition qualitative s'est opérée : l'exotisme coûteux s'est banalisé. La facilité d'utilisation est également devenue un facteur important dans l'adoption rapide des écrans LCD dans l'industrie.

Cet article traite des paramètres de base de divers types d'écrans à cristaux liquides, ce qui vous permettra de faire un choix éclairé et correct d'écran LCD pour chaque application spécifique (la méthode "plus grande et moins chère" est presque toujours trop chère).

Toute la variété d'écrans LCD peut être divisée en plusieurs types en fonction de la technologie de production, de la conception, des caractéristiques optiques et électriques.

La technologie

Actuellement, deux technologies sont utilisées dans la fabrication des LCD (Fig. 1) : la matrice passive (PMLCD-STN) et la matrice active (AMLCD).

Les technologies MIM-LCD et Diode-LCD ne se sont pas généralisées et nous ne perdrons donc pas de temps dessus.

Riz. 1. Types de technologies d'affichage à cristaux liquides

STN (Super Twisted Nematic) est une matrice composée d'éléments LCD à transparence variable.

Le TFT (Thin Film Transistor) est une matrice active dans laquelle chaque pixel est contrôlé par un transistor distinct.

Par rapport à une matrice passive, l'écran LCD TFT a un contraste plus élevé, une saturation, un temps de commutation plus court (pas de "queue" dans les objets en mouvement).

Le contrôle de la luminosité dans l'affichage à cristaux liquides est basé sur la polarisation de la lumière (cours de physique générale) : la lumière est polarisée en passant à travers un filtre polarisant (avec un angle de polarisation spécifique). Dans ce cas, l'observateur ne voit qu'une diminution de la luminosité de la lumière (presque 2 fois). Si vous placez un autre filtre de ce type derrière ce filtre, alors la lumière sera complètement absorbée (l'angle de polarisation du deuxième filtre est perpendiculaire à l'angle de polarisation du premier) ou passera complètement (les angles de polarisation coïncident). Avec un changement en douceur de l'angle de polarisation du deuxième filtre, l'intensité de la lumière transmise changera également en douceur.

Le principe de fonctionnement et la structure "sandwich" de tous les écrans LCD TFT sont approximativement les mêmes (Fig. 2). La lumière d'une lampe de rétroéclairage (néon ou LED) traverse le premier polariseur et pénètre dans une couche de cristaux liquides contrôlée par un transistor à couche mince (TFT). Le transistor crée un champ électrique qui façonne l'orientation des cristaux liquides. Après avoir traversé une telle structure, la lumière change de polarisation et sera soit totalement absorbée par le deuxième filtre polarisant (écran noir), soit ne sera pas absorbée (blanc), soit l'absorption sera partielle (couleurs du spectre). La couleur de l'image est déterminée par des filtres de couleur (similaires aux tubes cathodiques, chaque pixel de la matrice se compose de trois sous-pixels - rouge, vert et cyan).

Riz. 2. Structure de l'écran LCD TFT

Pixel TFT

Des filtres de couleur pour le rouge, le vert et le bleu sont intégrés dans la base en verre et sont situés à proximité les uns des autres. Il peut s'agir d'une bande verticale, d'une structure en mosaïque ou d'une structure en delta (Fig. 3). Chaque pixel (point) se compose de trois cellules des couleurs spécifiées (sous-pixels). Cela signifie qu'à une résolution de m x n, la matrice active contient 3 m x n transistors et sous-pixels. Le pas de pixel (avec trois sous-pixels) pour un écran LCD TFT 15,1" (1024 x 768 points) est d'environ 0,30 mm, et pour 18,1" (1280 x 1024 points) il est de 0,28 mm. Les écrans LCD TFT sont physiquement limités par la zone d'écran maximale. Ne vous attendez pas à une résolution de 1280 x 1024 avec une diagonale de 15" et un pas de point de 0,297 mm.

Riz. 3. Structure de filtre de couleur

De près, les points sont clairement distinguables, mais ce n'est pas un problème : lors de la formation d'une couleur, la propriété de l'œil humain est utilisée pour mélanger les couleurs sous un angle de vue inférieur à 0,03°. A une distance de 40 cm de l'écran LCD avec un pas entre les sous-pixels de 0,1 mm, l'angle de vue sera de 0,014° (la couleur de chaque sous-pixel ne peut être distinguée que par une personne ayant une vision d'aigle).

Types d'écrans LCD

Le TFT TN (Twist Nematic) ou TN + Film TFT est la première technologie à apparaître sur le marché des LCD dont le principal avantage est son faible coût. Inconvénients : le noir ressemble plus au gris foncé, ce qui conduit à un faible contraste d'image, les pixels "morts" (si le transistor tombe en panne) sont très lumineux et perceptibles.

IPS (In-Pane Switching) (Hitachi) ou Super Fine TFT (NEC, 1995). Il se caractérise par le plus grand angle de vision et une grande précision des couleurs. L'angle de vision est étendu à 170°, les autres fonctions sont les mêmes que dans TN + Film (le temps de réponse est d'environ 25ms), couleur noire presque parfaite. Avantages : bon contraste, pixel "mort" - noir.

Super IPS (Hitachi), Advansed SFT (fabricant - NEC). Avantages : image lumineuse contrastée, les distorsions de couleur sont presque invisibles, les angles de vision sont augmentés (jusqu'à 170° verticalement et horizontalement) et une clarté exceptionnelle est fournie.

UA-IPS (Ultra Advanced IPS), UA-SFT (Ultra Advanced SFT) (NEC). Le temps de réponse est suffisant pour assurer une distorsion minimale des couleurs lors de la visualisation de l'écran sous différents angles, une transparence accrue du panneau et une gamme de couleurs étendue à un niveau de luminosité suffisamment élevé.

MVA (alignement vertical multi-domaines) (Fujitsu) Le principal avantage est le temps de réponse le plus court et le contraste élevé. Le principal inconvénient est le coût élevé.

PVA (alignement vertical à motifs) (Samsung). Placement vertical microstructural des écrans LCD.

Conception

La conception de l'affichage à cristaux liquides est déterminée par la disposition des couches dans le "sandwich" (y compris la couche conductrice de lumière) et est de la plus haute importance pour la qualité de l'image sur l'écran (dans toutes les conditions : à partir d'un pièce sombre pour travailler au soleil). Il existe aujourd'hui trois principaux types d'écrans LCD couleur :

• transmissif, destiné principalement aux équipements d'intérieur;
• réfléchissant est utilisé dans les calculatrices et les montres;
• la projection est utilisée dans les projecteurs LCD.

Un type de compromis de type d'affichage transmissif pour une utilisation à la fois à l'intérieur et à l'extérieur est la conception transflective.

Type d'affichage transmissif... Dans ce type de conception, la lumière pénètre par le panneau LCD par l'arrière (rétroéclairage) (Figure 4) Cette technologie est utilisée dans la plupart des écrans LCD utilisés dans les ordinateurs portables et les PDA. L'écran LCD transmissif a une qualité d'image élevée à l'intérieur et faible (écran noir) à la lumière du soleil. les rayons du soleil réfléchis par la surface de l'écran suppriment complètement la lumière émise par le rétroéclairage. Ce problème est (actuellement) résolu de deux manières : en augmentant la luminosité du rétroéclairage et en diminuant la quantité de lumière solaire réfléchie.

Riz. 4. Construction d'un affichage à cristaux liquides de type transmissif

Pour travailler à la lumière du jour à l'ombre, il faut un rétro-éclairage qui fournit 500 cd/m2, en plein soleil - 1000 cd/m2. Une luminosité de 300 cd/m2 peut être obtenue en augmentant la luminosité d'une lampe CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) au maximum ou en ajoutant une deuxième lampe en face. Les modèles LCD haute luminosité utilisent 8 à 16 lampes. Cependant, augmenter la luminosité du rétro-éclairage augmente la consommation de la batterie (un seul rétro-éclairage consomme environ 30% de l'énergie utilisée par l'appareil). Par conséquent, les écrans avec une luminosité accrue ne peuvent être utilisés qu'avec une alimentation externe.

La réduction de la quantité de lumière réfléchie est obtenue en appliquant un revêtement antireflet sur une ou plusieurs couches de l'écran, en remplaçant la couche polarisante standard par une couche peu réfléchissante, en ajoutant des films qui augmentent la luminosité et, ainsi, augmentent l'efficacité de la source lumineuse. Les écrans LCD Fujitsu remplissent le convertisseur d'un liquide avec un indice de réfraction égal à l'indice de réfraction de l'écran tactile, ce qui réduit considérablement la quantité de lumière réfléchie (mais affecte considérablement le coût).

Type d'affichage translucide (transflectif) similaire à transmissif, mais entre la couche de cristaux liquides et le rétro-éclairage, il y a un soi-disant. couche partiellement réfléchissante (fig. 5). Il peut être partiellement argenté ou complètement reflété avec de nombreux petits trous. Lorsqu'il est utilisé à l'intérieur, il fonctionne de la même manière qu'un écran LCD transmissif, dans lequel une partie de la lumière est absorbée par la couche réfléchissante. À la lumière du jour, la lumière du soleil se réfléchit sur la couche miroir et illumine la couche LC, tandis que la lumière traverse deux fois les cristaux liquides (vers l'intérieur puis vers l'extérieur). En conséquence, la qualité d'image à la lumière du jour est inférieure à celle d'un éclairage artificiel à l'intérieur, lorsque la lumière traverse une fois l'écran LCD.

Riz. 5. Construction d'un affichage à cristaux liquides de type semi-transparent

L'équilibre entre la qualité d'image en intérieur et en lumière du jour est obtenu en faisant correspondre les caractéristiques des couches transmissives et réfléchissantes.

Type d'affichage réfléchissant(réfléchissant) a une couche spéculaire entièrement réfléchissante. Tout l'éclairage (lumière du soleil ou lumière frontale) (Figure 6) traverse l'écran LCD, se réfléchit sur la couche de miroir, puis traverse à nouveau l'écran LCD. Dans ce cas, la qualité d'image des écrans de type réfléchissant est inférieure à celle des écrans semi-transmissifs (puisque dans les deux cas des technologies similaires sont utilisées). À l'intérieur, l'éclairage avant n'est pas aussi efficace que l'éclairage arrière, et donc la qualité de l'image est moindre.

Riz. 6. Conception d'affichage à cristaux liquides de type réfléchissant

Paramètres de base des panneaux à cristaux liquides

Autorisation. Une dalle numérique, dont le nombre de pixels correspond strictement à la résolution nominale, doit redimensionner correctement et rapidement l'image. Un moyen simple de vérifier la qualité de la mise à l'échelle consiste à modifier la résolution (petits caractères à l'écran). Il est facile de voir la qualité de l'interpolation à partir des contours des lettres. Un algorithme de haute qualité produit des lettres uniformes, mais légèrement floues, tandis qu'une interpolation rapide d'entiers est vouée à introduire une distorsion. La vitesse est le deuxième paramètre de résolution (il faut du temps pour interpoler pour mettre à l'échelle une image).

Pixels morts. Plusieurs pixels peuvent ne pas fonctionner sur un écran plat (ils sont toujours de la même couleur), qui apparaissent pendant le processus de production et ne peuvent pas être restaurés.

La norme ISO 13406-2 définit les valeurs limites du nombre de pixels défectueux par million. Selon le tableau, les panneaux LCD sont divisés en 4 classes.

Tableau 1

Angle de vue. L'angle de vision maximal est défini comme l'angle auquel le contraste de l'image diminue de 10 fois. Mais tout d'abord, lorsque vous modifiez l'angle de vue à partir de 90 (des distorsions de couleur sont visibles. Par conséquent, plus l'angle de vue est grand, mieux c'est. Il existe des angles de vue horizontaux et verticaux, les valeurs minimales recommandées sont respectivement de 140 et 120 degrés (les meilleurs angles de vision sont fournis par la technologie MVA).

Temps de réponse(inertie) - le temps pendant lequel le transistor parvient à changer l'orientation spatiale des molécules de cristaux liquides (moins il y en a, mieux c'est). Pour que les objets en mouvement rapide ne paraissent pas flous, un temps de réponse de 25 ms est suffisant. Ce paramètre se compose de deux valeurs : le temps d'activation du pixel (temps de montée) et le temps d'extinction (temps de descente). Le temps de réponse (plus précisément, le temps d'arrêt en tant que temps le plus long pendant lequel un pixel individuel modifie sa luminosité au maximum) détermine le taux de rafraîchissement de l'image à l'écran

FPS = 1 s / temps de réponse.

Luminosité- l'avantage de l'écran LCD, qui est en moyenne deux fois plus élevé que les indicateurs CRT : avec une augmentation de l'intensité du rétroéclairage, la luminosité augmente immédiatement, et dans un tube cathodique il faut augmenter le flux d'électrons , ce qui entraînera une complication importante de sa conception et augmentera le rayonnement électromagnétique. La valeur de luminosité recommandée est d'au moins 200 cd/m2.

Contraste est défini comme le rapport entre la luminosité maximale et minimale. Le problème principal est la difficulté d'obtenir un point noir, puisque le rétroéclairage est toujours allumé et l'effet de polarisation est utilisé pour produire des tons sombres. La couleur noire dépend de la qualité du blocage du flux lumineux du rétroéclairage.

LCD comme capteurs. La baisse du coût et l'apparition de modèles LCD fonctionnant dans des conditions de fonctionnement sévères ont permis de combiner en une seule personne (face à un afficheur à cristaux liquides) un moyen de sortie d'informations visuelles et un moyen de saisie d'informations (clavier). La tâche de construction d'un tel système est simplifiée en utilisant un contrôleur d'interface série, qui est connecté, d'une part, à l'écran LCD, et d'autre part, directement au port série (COM1 - COM4) (Fig. 7) . Pour le contrôle, le décodage des signaux et la suppression des « rebondissements » (si vous pouvez appeler la définition du toucher), un contrôleur PIC (par exemple, IF190 de Data Display) est utilisé, qui fournit une vitesse et une précision élevées pour déterminer le point de contact.

Riz. 7. Schéma fonctionnel de l'écran LCD TFT sur l'exemple de l'écran NL6448BC-26-01 de NEC

Nous allons compléter les recherches théoriques à ce sujet et passer aux réalités d'aujourd'hui, ou plutôt, à ce qui est désormais disponible sur le marché des écrans à cristaux liquides. Parmi tous les fabricants d'écrans LCD TFT, pensez aux produits de NEC, Sharp, Siemens et Samsung. Le choix de ces entreprises s'explique

1. leadership sur le marché des écrans LCD et des technologies de fabrication d'écrans LCD TFT ;
2. disponibilité des produits sur le marché des pays de la CEI.

NEC Corporation produit des écrans à cristaux liquides (20 % du marché) depuis leur création et propose non seulement un large choix, mais également diverses options : Standard, Spécial et Spécifique. L'option standard est les ordinateurs, l'équipement de bureau, l'électronique domestique, les systèmes de communication, etc. Une version spéciale est utilisée dans les transports (tous : terrestres et maritimes), les systèmes de contrôle du trafic, les systèmes de sécurité, les équipements médicaux (non liés aux systèmes de survie). Pour les systèmes d'armes, l'aviation, les équipements spatiaux, les systèmes de contrôle des réacteurs nucléaires, les systèmes de survie et autres similaires, une version spéciale est prévue (il est clair qu'elle n'est pas bon marché).

La liste des panneaux LCD fabriqués pour un usage industriel (l'onduleur pour la lampe de rétroéclairage est fourni séparément) est indiquée dans le tableau 2, et le schéma fonctionnel (en utilisant l'exemple d'un écran de 10 pouces NL6448BC26-01) est montré dans la Fig. huit.

Riz. 8. Aspect de l'affichage

Tableau 2. Modèles d'écrans LCD NEC

A joué un rôle important dans le développement des technologies LCD. Sharp est toujours l'un des leaders technologiques. La première calculatrice CS10A au monde a été produite en 1964 par cette société. En octobre 1975, la première horloge numérique compacte a été fabriquée en utilisant la technologie LCD TN. Dans la seconde moitié des années 70, commence le passage des afficheurs à cristaux liquides à huit segments à la production de matrices avec adressage de chaque point. En 1976, Sharp a sorti un téléviseur noir et blanc de 5,5 pouces basé sur une matrice LCD 160x120 pixels. Une courte liste de produits se trouve dans le tableau 3.

Tableau 3. Modèles d'écran LCD Sharp

Produit des écrans à cristaux liquides avec une matrice active sur des transistors à couches minces en polysilicium basse température. Les principales spécifications des écrans 10,5 "et 15" sont présentées dans le tableau 4. Faites attention à la plage de température de fonctionnement et à la résistance aux chocs.

Tableau 4. Principales caractéristiques des écrans LCD Siemens

Remarques:

I - onduleur intégré l - selon la norme MIL-STD810

L'entreprise produit des écrans à cristaux liquides sous la marque "Wiseview ™". En commençant par un panneau TFT de 2 pouces pour prendre en charge Internet et l'animation dans les téléphones mobiles, Samsung produit désormais une gamme d'écrans de 1,8 "à 10,4" dans le segment des écrans LCD TFT de petite à moyenne taille, certains modèles étant conçus pour fonctionner en mode naturel. lumière (tableau 5).

Tableau 5. Principales caractéristiques des petits et moyens écrans LCD Samsung

Remarques:

LED - LED; CCFL - lampe fluorescente à cathode froide;

Les écrans utilisent la technologie PVA.

Conclusion.

Actuellement, le choix d'un modèle d'affichage à cristaux liquides est déterminé par les exigences d'une application particulière et, dans une bien moindre mesure, par le coût de l'écran LCD.