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Remarque disambigua.svg homonymie - "LCD" fait référence ici. Si vous êtes à la recherche d'autres utilisations, voir LCD (homonymie).

l'écran à LCD, en initiales LCD à partir de l'expression correspondante Anglais affichage à cristaux liquides, Il est un type de afficher à écran plat utilisé dans divers domaines, avec des tailles d'écran allant de quelques dizaines de millimètres à plus de 100 pouce.

Les principaux producteurs mondiaux de panneaux LCD AU Optronics, Innolux Corporation, LG Display, Samsung Electronics, S-LCD, Sharp Corporation et Japan Display.

Depuis près de trente ans dans les écrans LCD particulier ils sont également utilisés dans le domaine vidéo, d'abord en ordinateurs portables, plus tard aussi dans moniteur et téléviseurs (Dans un premier temps dans les téléviseurs portables, avec quelques pouces écran, plus tard aussi dans les téléviseurs normaux avec des écrans de plusieurs dizaines de pouces) succédant au début du siècle, en même temps que la écran plasma, pour retirer du marché du centenaire presque écran CRT.

La première utilisation de cristaux liquides pour un écran a été l'œuvre de George Heilmeier en 1965.

opération

Affichage à cristaux liquides
Composants d'un écran LCD nématiques réfléchissant
1) Vertical polarisant
2) écran en verre avec des zones sombres du masque
3) une couche de cristaux liquides
4) la feuille de verre avec des électrodes
5) polarisant horizontal
6) Surface réfléchissante
Affichage à cristaux liquides
Le fonctionnement d'un élément de « LCD » transmissive: pixel gauche / écran / segment est désactivé et la lumière (polarisée) Passe, alors que sur la droite, de la « rotation à cristaux liquides » en raison de l'application d'une différence de potentiel Il empêche le passage de la lumière.

L'écran LCD est basé sur les propriétés optiques des substances particulières libellés LCD. Ce liquide est emprisonné entre deux surfaces en verre avec un grand nombre de contacts électriques avec lequel pour appliquer une champ électrique à la teneur en liquide. Chaque contact électrique commande une petite partie du panneau comme identifiable pixel (ou sous-pixels pour les écrans couleur), tandis que pas ce dernier étant séparé physiquement des éléments adjacents comme cela est le cas dans une écran plasma. Sur les faces extérieures des panneaux vitreux sont ensuite placés deux filtres polariseurs disposés sur des axes mutuellement perpendiculaires. Les cristaux liquides tournent de 90 ° la polarisation de la lumière qui provient de l'un des polariseurs, ce qui lui permet de passer à travers l'autre.

Avant que le champ électrique est appliqué, la lumière Il peut passer à travers la structure entière, et, en dehors de la partie de la lumière absorbée par les polariseurs, le dispositif est transparent. Lorsque le champ électrique est activé, les molécules de liquide alignées parallèlement au champ électrique, ce qui limite la rotation de la lumière entrante. Si les cristaux sont complètement alignés avec le champ, la lumière qui passe à travers elle est polarisée perpendiculairement à la deuxième polariseur, et est alors bloqué tout composant les pixels non éclairés. En contrôlant la rotation des cristaux liquides dans chaque pixel, on peut donc ajuster la quantité qui peut passer. Il convient de noter, toutefois, que de cette manière un pixels de défaut apparaîtra toujours illuminé. En fait, certains types de panneaux fonctionnent à l'opposé, à savoir qu'ils sont transparents lorsqu'ils sont chauffés et opaque lorsqu'il est éteint pour lequel un pixel de défaut reste toujours « off ».

En parlant d'écrans de couleur pour PC ou un téléviseur, l'unité de mesure de la taille de l'écran est généralement pouce (un pouce est égal à 2,54 cm), et est la distance mesurée dans diagonale entre deux coins opposés du panneau. Les tailles varient aujourd'hui de 12 à plus de 100 pouces, avec des résolutions qui, à la télévision, allant de 640 x 480 à 3840 x 2160 pixels et encore plus pour des applications spéciales.

L'une des principales caractéristiques des panneaux à cristaux liquides (sauf pour le rétro-éclairage) est la faible consommation d'énergie électrique, ce qui les rend particulièrement appropriés en soi pour des applications dans les équipements alimentés par batteries électriques. Une grande partie de la consommation est plutôt attribuable au rétro-éclairage: par exemple à la télévision, en raison de la luminosité de demande particulière, la consommation électrique globale est assez élevé, légèrement inférieurs à ceux des tubes correspondants (CRT TV 32 « absorbé les pouvoirs d'environ 150 -180 W, mais méfiez-vous: il a offert environ 30 « écran visible), bien que la dernière génération de TV, rétro-éclairé LED, Ils ont une consommation assez de contenu et un 46 « consomme récemment à peu près autant que 40 » de la génération précédente.

Écrans transmissif, réflexif et transflectif

Affichage à cristaux liquides
Un exemple typique d'un « affichage à cristaux liquides » réfléchissant
Affichage à cristaux liquides
Agrandissement d'un écran LCD couleur transmissif (c'est un rétro-éclairage). Comme vous pouvez le voir, un écran couleur chaque pixel Il est en fait divisé en trois sous-pixels avec filtre vert ou bleu rouge: varier la luminosité de chaque section, vous pouvez obtenir un large éventail de couleurs.

Les écrans LCD peuvent être utilisés dans deux modes libellés transmissive et réfléchissant. Les écrans de type transmissive Ils sont éclairés d'un côté et d'autre part sont considérés. En pratique, une lumière est positionnée à l'arrière de l'écran et les cristaux liquides agissent comme un filtre faisant passer uniquement la composante de couleur souhaitée. Cela se écrans très lumineux, d'autre part, cependant, la source lumineuse consomme souvent plus d'énergie que celle requise par l'écran lui-même. Ces écrans ont une bonne lisibilité dans des conditions de lumière ambiante est basse, car ils deviennent très visibles en plein soleil, le rendant approprié pour une utilisation en intérieur.

Les écrans LCD de type réfléchissant Ils utilisent la présente lumineuse dans l'environnement qui est réfléchie par un miroir placé derrière l'écran. Cet écran a un contraste plus faible par rapport à cristaux liquides transmissive, En effet, la lumière est contrainte de passer deux fois à travers le filtre. Le principal avantage de ce type d'écran est que l'absence d'une source de lumière artificielle garantit la très faible consommation d'énergie. Un petit écran LCD consomme si peu qui peut être alimenté par une simple cellule photovoltaïque. Ces écrans ont une bonne lisibilité dans des conditions d'éclairage ambiantes élevées, alors qu'ils sont de moins en moins lisible avec la diminution de l'éclairage extérieur.

les écrans transflectif Ils cherchent à combiner les meilleures caractéristiques de transmissif et réflectif. Ils ont une demi-miroir placé derrière la afficher, capable de réfléchir la lumière avant (comme réfléchissant), mais de transmettre la lumière provenant d'une source lumineuse à l'arrière (comme transmissive). Ce type d'affichage se répand rapidement, en particulier dans les appareils mobiles (téléphones cellulaires portatifs et ordinateurs), pour sa bonne lisibilité dans toutes les conditions d'éclairage.

écrans passifs et actifs

Les écrans LCD avec un petit nombre de segments, tels que ceux utilisés dans calculatrices ou montres numériques, Ils sont munis d'un contact électrique pour chaque segment. Le signal électrique pour commander chaque segment est généré par un circuit externe. Ce type de structure devient peu pratique que le nombre de segments augmente.

Les écrans de taille moyenne, telles que celles des agendas électroniques, ont une structure de matrice passive. Ce type de structure a un groupe de contacts pour chaque rangée et colonne de l'écran, plutôt que d'une pour chaque pixel. L'inconvénient est qu'il ne peut être contrôlé par un pixel à la fois, les autres pixels ne doivent pas oublier leur état jusqu'à ce que le circuit de commande ne soit pas dédié à nouveau. Le résultat est un faible contraste et une certaine difficulté à voir bien les images en mouvement rapide. Le problème est clairement aggrave l'augmentation du nombre de pixels.

Pour les écrans à haute résolution, tels que les écrans d'ordinateur, en utilisant un système à matrice active. Dans ce cas, l'écran à cristaux liquides contient un transistor à film mince (Thin Film Transistor - TFT). Ce dispositif stocke l'état électrique de chaque pixel de l'écran, tandis que les autres pixels sont mis à jour. Cette méthode permet d'obtenir des images plus nettes et plus lumineux que LCD traditionnel.

La durée moyenne de l'écran LCD est aujourd'hui à environ 50.000 heures. Cette constatation, ainsi que la réduction significative et constante leur prix, rend cette technologie une alternative viable aux écrans CRT (presque abandonné).

paramètres de caractérisation d'un écran LCD

Les principaux paramètres qui caractérisent une matrice active récente LCD (TFT) pour la télévision ou le PC est le contraste, la luminosité (ou plus correctement luminance), La linéarité de gris, l'angle de vision, le temps de réponse et le rendu des couleurs. Aussi pour la télévision, mais ne fait pas partie du panneau réel, également mise à l'échelle d'image électronique est essentielle pour déterminer la qualité vidéo.

contraste natif et le contraste dynamique, rétro-éclairage fluorescent ou LED

La relation entre la luminosité du blanc et du noir est la luminosité de contraste définie. Il est donc un paramètre -tipico de la personne à charge panel- sur la capacité de LCD pour bloquer la lumière provenant du rétro-éclairage. Le soi-disant « contraste dynamique » vice versa dépend non seulement de cristal liquide, mais aussi par le rétro-éclairage: il est le rapport entre le blanc, mesuré avec le rétro-éclairage à pleine intensité et noire, telle que mesurée par le rétro-éclairage à la valeur minimale. Les valeurs de contraste dynamique sont donc formellement beaucoup plus élevé que celui des panneaux natifs, soit une moyenne d'un rapport d'au moins 1 à 5. Aujourd'hui, les meilleurs panneaux offrent des contrastes natifs du même ordre de grandeur que ceux des panneaux dynamiques anciens; en général, cependant, les contrastes dynamiques sont de l'ordre de grandeur de plusieurs milliers: 1, voire des dizaines de milliers: 1, alors que partent maintenant de statiques autour de 1000: 1 à la hausse.[citation nécessaire] Une image qui a les deux parties claires et sombres, cependant, provoque des difficultés pour un groupe qui a de forts contrastes dynamiques comme la luminosité du rétro-éclairage est unique, pour lequel le contraste réel sera celle du « cristal liquide » natif et non une dynamique.

Il est un rétro-éclairage LED en croissance rapide,[citation nécessaire] distinguer deux méthodes différentes pour leur mise en place, sensiblement différentes les unes des autres: le rétro-éclairage « latéral », constitué de diodes électroluminescentes placées sur le bord de l'écran et « bloc » contrôlable, et que « dans le tapis lumineux », une technique plus récente, qui au moyen d'un microprocesseur dédié, il permet le soi-disant « gradation locale », une fonction agissant de manière dynamique sur les différentes parties du contre-jour, les optimiser en fonction de chaque trame en cours de lecture seule, ce qui améliore considérablement le contraste.

Cependant, les contrastes forts ne sont nécessaires que pour une utilisation dans la pleine lumière de l'écran; , Il est évident que le contraste dépend en réalité aussi perçue sur l'éclairage de l'environnement et de la finition de surface de l'écran (brillant / opaque ou réfléchissant / diffusif). Parce que l'écran est en aucun cas un noir corps et reflète une partie de la lumière qui frappe, il est intuitif que la luminance du noir à modifier si l'écran est touché par un fort environnement lumineux. A l'inverse, par exemple, pour regarder un film dans un environnement sombre (la salle de séjour typique du soir),[citation nécessaire] contrastes élevés sont généralement ennuyeux parce que les parties d'image plus vives ont un effet d'éblouissement, ce qui réduit les détails de l'image perçue dans les parties les plus sombres et en augmentant la perception ghosting.

Temps de réponse Noir-blanc, gris-gris, feutres et durée de l'effet réveiller

Comme cela est connu, le mécanisme de fonctionnement d'un écran à « cristal liquide » est basé sur le fait que, lui-même l'orientation d'une manière appropriée, le « LCD » ou moins peut permettre le passage de la lumière provenant du rétro-éclairage du panneau; le temps de réponse total est typiquement défini comme le temps nécessaire pour « LCD » pour passer d'un état à « entièrement fermé » (noir) à une « pleine ouverture » (blanc), puis revenir à la « fermeture complète ». Cependant, certains fabricants ne mesurent que le passage blanc> noir (ou vice versa) de telle sorte que résultant de valeurs de temps inférieures. De plus, il est dit que le passage blanc> noir a la même longueur de passage noir> blanche. En fait, cette valeur est souvent revendiquée par les producteurs ne sont pas vraiment important, car il est très rare qu'un film est à quelques pas du noir au blanc (ou vice versa): beaucoup plus fréquemment que vous marchez d'une nuance de gris à l'autre et fois pour les transitions gris-gris (G2G) sont généralement plus longs que ceux blanc-noir.[1] Aujourd'hui, il est en partie correcte cette lenteur sur les moyens de « Overdrive »-gris par (techniques de surtension) des « panneaux à cristaux liquides », mais au prix d'une augmentation du bruit des images et / ou -specie parfois sur les panneaux plus vecchi- une réduction de couleurs reproductibles (6 bits au lieu de 8, puis par des techniques de simulation tramage).

Le soi-disant « ghosting » qui est souvent attribué à des panneaux LCD est en fait maintenant qu'en partie attribuable à la « temps de réponse à cristaux liquides » est en partie en fait imputable à la phénomène phi, à-dire dépend de la physiologie de l'œil humain. En fait, la perception du sillage d'effet est également lié au fait que les panneaux LCD maintiennent l'image entre un cadre et l'autre et sont rétro-éclairés d'une manière continue, contrairement à un traditionnel Tube à rayons cathodiques où l'image est « reconstruit » au taux de rafraîchissement de l'écran (50 ou 100 Hz TV, entre 60 et 120 Hz moniteur PC). En d'autres termes, alors que la phosphores un CRT seul ont tendance à « désactiver » immédiatement après le passage de la brosse électrons, dans un TFT-LCD (comme dans tous les écrans à matrice active, le plasma ou LED) pixels conserver la luminosité « jusqu'à nouvel ordre », soit jusqu'à la trame suivante de la séquence. Ceci est un grand avantage pour un écran d'ordinateur (l'image est stable et non vacillante), mais il devient un problème avec des images animées (TV, film): chaque image est en fait en partie superposé à l'année précédente en raison à la fois la lente " LCD « pour changer l'état, les deux la persistance de la vision sur rétine. Di également un écran LCD théorique avec le temps de réponse instantanée serait toujours présenter un certain ghosting. Les solutions actuellement sur le marché sont essentiellement trois, souvent unis dans le commerce (aussi mal) par type d'information 100 Hz:. Paradoxalement, ces différentes solutions ne sont pas toujours à voir avec le 100 Hz du tube cathodique et bien sûr essayer d'imiter le classique d'un tube cathodique fonctionnant à 50 Hz Cet effet est obtenu par les complètement cadres de noirs intercalées (ou avec une luminosité réduite ), des cadres intermédiaires interpolés calculés « » par l'électronique de l'écran ou au moyen d'arrêts courts successifs de lampes de rétro-éclairage (réalisant une sorte de « balayage » de la lumière de l'écran); pour des raisons évidentes, les fabricants hésitent -Dans certains cas- pour fournir des informations précises sur le fonctionnement précis de ces techniques. Certaines de ces solutions peut entraîner une perception accrue de scintillement de l'écran LCD.

rendu couleur et la luminosité du rétroéclairage

Affichage à cristaux liquides
schéma de espace couleur CIE 1931 (gamme perceptible par l'oeil humain) et gamme la modèle de couleur sRGB (Le triangle noir contenant les couleurs reproductibles avec le RGB).

Les écrans LCD « télévision » aujourd'hui se caractérisent par une luminosité très élevée, de l'ordre de centaines de bougies pour le mètre carré (cd / m²): cette haute luminosité les rend aussi visible avec une forte lumière ambiante, mais peut être gênant même pour la visualisation dans un environnement sombre ou semi-obscurité. La raison pour laquelle les fabricants adoptent rétroéclairages si forte peut être expliquée par l'effet que cela a sur la luminosité forte « de contraste dynamique ». Comme déjà mentionné, il est, pour le même panneau « LCD », beaucoup plus élevé, le plus élevé est le rapport entre le blanc, mesuré avec le rétro-éclairage maximum et noir, tel que mesuré par le rétro-éclairage minimum. Il est bien entendu que l'augmentation de la luminosité maximale est la meilleure façon d'annoncer des valeurs de contraste dynamique très élevé. En outre, une forte luminosité a tendance à augmenter la la persistance de la vision sur rétine augmenter le temps de réponse et l'effet de sillage perçu.

Il mérite une mention spéciale, le rendement chromatique du panneau, à savoir la capacité de reproduire une large gamme de couleurs. Étant donné que tout type d'écran de toute nature est capable de reproduire toutes les couleurs perçues par l'œil humain, le rendu des couleurs dépend en grande partie par le rétro-éclairage, et dans ce cas par des couleurs monochromes de sous-pixels RVB (rouge vert et bleu). Avec les lampes à décharge rétro-éclairage courant on obtient des résultats assez bons, mais l'utilisation de LED permet d'améliorer encore le niveau de monochromie des trois couleurs fondamentales, avec l'effet de l'augmentation de la surface de la gamme, à savoir des triangles ayant des sommets pour les trois couleurs RVB et qui est reproductible les nuances de couleur de l'écran. Cependant, on ne dit pas que les sources vidéo (y compris HD, HD DVD et Blu-ray) peuvent vraiment exploiter plus efficacement ces gamme étendue, mais étant codé avec 8 bits par canal. Il faut dire, cependant, que les sources de l'espace de couleur en HD comme le Blu-ray est beaucoup plus large que celle des sources SD, même et surtout dans la récupération.

Affichage d'un angle par rapport à la luminosité et le contraste

Affichage à cristaux liquides
Changement de luminosité et le contraste de l'angle de vue de varier.

L'angle de vision est un autre paramètre important: dans ce cas aussi, il existe plusieurs modes de mesure. Les angles de vision annoncés se réfèrent généralement à l'angle maximal sous lequel on peut regarder l'écran tout en conservant une luminosité et un contraste « acceptable »: le degré d ' « acceptabilité » peut être définie librement par le fabricant, il est donc possible que les données différents fabricants ont des significations différentes. Par exemple, la limite est généralement identifiée par un contraste de 10: 1, pour lequel vous obtenez un certain angle de vue; si l'on considère au lieu de 5: 1, l'angle de vision augmentera, tout en se référant au même « écran LCD » identique avec les mêmes caractéristiques.
Notez également que les valeurs données par les fabricants concernant l'angle extrême (Verticale et horizontale) à laquelle il a une décroissance de contraste aux valeurs mentionnées ci-dessus, mais ce chiffre ne dit rien comment cette valeur de dix ans pour faire varier l'angle, au cours de laquelle les valeurs ont des coins avec des non-horizontale / verticale, mais en diagonale, ni les différences entre l'angle vers le haut ou vers le bas (pour certains panneaux solides). Directions de ce genre peuvent provenir d'une analyse polaire tel que ceux représentés sur la figure, à partir de laquelle il est clair que l'uniformité n'est pas un point fort d'écrans LCD.

Imperfection de l'échelle de gris

Comme il est connu dans le système RVB utilisé par PC, DVD, DVB, HD, etc. gris[1] Il peut prendre 256 niveaux égaux aux combinaisons possibles avec 8 bit. Une valeur de 0 correspond au noir et 255 correspond au blanc. Il est donc compréhensible que, si un seul écran a une luminosité maximale de 400 -pour exemple- CD/ M², un tel niveau de luminosité correspond au blanc, qui est, à une valeur de 255 sur l'échelle de gris. Beaucoup moins explicite est le fait que la valeur de 128 (milieu de gamme) pas correspond à la valeur de 200 cd / m² et la valeur réelle de la luminosité est généralement beaucoup plus faible et le paramètre qui est en corrélation le signal d'entrée à l'émission de lumière est appelée correction gamma. En d'autres termes, l'échelle de gris est pas linéaire, mais suit une tendance exponentielle avec des extensions et des compressions: comme déjà mentionné -pour noir exemple- (valeur de 0) n'est pas complètement sombre, et aussi avec l'augmentation des valeurs RVB tendance de la luminosité croît de façon moins marquée que prévu, puis augmenter considérablement vers le bas de l'échelle. Il est donc possible que certaines des valeurs de gris voisins ne sont pas dans la pratique se distinguent les uns des autres, en particulier aux extrémités de l'échelle (lampes à basse et haute). Il convient également de noter que la variation de la luminosité et le contraste sont généralement pas linéaire avec l'angle d'observation, à laquelle ce thème se connecte avec le premier dit de l'angle visuel. Certains types de panneaux (familles * VA) ont même une échelle plus gris (ie un meilleur rendement et de distinction des différentes nuances de gris, en particulier sur les basses lumières) si vu dans une position légèrement inclinée plutôt que centrale.

Les défauts

En plus de ces paramètres purement techniques, il convient de mentionner le problème des pixels incendiés, qu'il est impossible de contrôler en raison d'un défaut du film transistor typique des tableaux TFT. Il est important de noter que, contrairement à ce qu'on pourrait imaginer, pas applique toujours l'équation « pixel est allumé = pixel blanc ». En fait, dans certaines familles de panneaux état technique allumé correspond au pixel blanc, tandis que dans d'autres correspond au noir (ie noir = allumé, blanc = off). Il en résulte qu'un défaut peut entraîner un pixel (ou plus probablement un sous-pixel R, G ou B) de façon permanente activée ou désactivée en fonction du panneau de type perpétuellement « LCD » installé.

Familles TFT techniques panneaux

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Thin Film Transistor.

Les principales familles de panneaux LCD de type TFT sont:

  • TN - nématiques
  • VA - alignement vertical
    • MVA (alignement vertical multi-domaine)
      • P-MVA / MVA-S
      • A-MVA
    • PVA (alignement vertical à motifs)
      • S-PVA
    • ASV (Advanced Super View)
  • IPS - dans le plan de commutation
    • S-IPS
    • H-IPS
    • AS-IPS / ES-IPS
    • IPS-Pro

notes

  1. ^ à b En ce qui concerne chaque couleur RVB nous sommes appelés blanc, gris et noir, à savoir respectivement par « massimo rosso (vert ou bleu) » à « pas de rouge (vert ou bleu) » en passant par les nuances intermédiaires.

Articles connexes

  • Moniteur (vidéo)
  • des cristaux liquides
  • écrans OLED
  • écran plasma
  • In Plane Switching (IPS)
  • À conduction de surface d'affichage émetteur d'électrons (SED)
  • Thin Film Transistor (TFT)
  • photo Tube
  • laser TV
  • Interface de montage d'écran plat (FDMI) ou (VESA) - Système de fixation pour écran LCD standard sur le mur ou sur des structures spéciales
  • HD44780 - un microcontrôleur populaire pour l'affichage de caractères LCD
  • openldi
  • cathode froide lampe fluorescente

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liens externes

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