Écran à cristaux liquides
Dans un Tablet-PC.
Dans un Tablet-PC.
Dans un appareil photo.
Dans un appareil photo.

L'écran à cristaux liquides (affichage à cristaux liquides ACL ou LCD, liquid crystal display, en anglais) est le principal composant des moniteurs plats pour l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les ordinateurs, les...) et la télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de scènes animées et généralement sonorisées qui sont...) et assure la fonction d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission, externe ou interne, ce qui en fait un média à part entière sans...) d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de dispositifs portables.

Présentation

Il utilise la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) grâce à des filtres polarisants et à la biréfringence (La biréfringence est une propriété qu'ont certains matériaux transparents vis-à-vis de la lumière. Leur effet principal est de diviser en deux un rayon...) de certains cristaux liquides (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé. On exprime son état par le terme de mésophase.) en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) nématique dont on peut faire varier l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) en fonction du champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par...). Du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), l'écran à cristaux liquides (L'écran à cristaux liquides (affichage à cristaux liquides ACL ou LCD, liquid crystal display, en anglais) est le principal composant des moniteurs plats pour l'informatique et la...) est un dispositif passif (il n'émet pas de lumière) dont la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est transparent dans le visible (on voit à travers), mais...) varie ; il doit donc être éclairé.

D'abord disponible en monochrome et en petite taille, il est utilisé dans les calculettes et les montres du fait de sa faible consommation électrique ; il permet actuellement d'afficher en couleurs dans des dimensions dépassant le mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la...) de diagonale (On appelle diagonale d'un polygone tout segment reliant deux sommets non consécutifs (non reliés par un côté). Un polygone à n côtés...). Il a supplanté le tube cathodique (Le tube cathodique (CRT ou Cathode Ray Tube en anglais), fut inventé par Karl Ferdinand Braun. Le dispositif est constitué d'un filament chauffé, de cathodes et d'anodes en...) dans la plupart des applications, sauf en très haute définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions...) lorsque la palette (La Palette est un café-restaurant situé dans le 6e arrondissement de Paris, au croisement de la rue de Seine et de la rue Jacques-Callot. Ses...) de couleurs doit être précise et fidèle et en environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) difficile (notamment des températures inférieures à 5° C).

Détails techniques

L'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte et...) ACL (voir aussi "Technologies") est constitué de deux polariseurs dont les directions de polarisation forment un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de 90°, de chaque côté d'un sandwich formé de deux plaques de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent,...) enserrant des cristaux liquides. À chacune des interfaces avec les cristaux liquides, une couche de polymère, généralement un polyimide, rainurée assure l'ancrage des molécules au repos.

Afficheur 3 chiffres 1 & 5 : filtres polarisants ; 2 : électrodes avant ; 4 : électrode arrière ; 3 : cristaux liquides ; 6 : miroir
Afficheur 3 chiffres
1 & 5 : filtres polarisants ;
2 : électrodes avant ;
4 : électrode arrière ;
3 : cristaux liquides ;
6 : miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une...)

Les deux faces internes des plaques de verres comportent une matrice d'électrodes transparentes, une (noir et blanc) ou trois (couleur) par pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie...). L'épaisseur du dispositif et la nature des cristaux liquides sont choisis de manière à obtenir la rotation désirée du plan de polarisation en l'absence de tension (La tension est une force d'extension.) électrique (90° dans les écrans TN). Dans les écrans de grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...), on ajoute des espaceurs, petites billes transparentes, dans l'espace rempli de cristaux liquides pour maintenir la très faible épaisseur (20 µm) constante et précise. L'application d'une différence de potentiel plus ou moins élevée entre les deux électrodes d'un pixel entraîne un changement d'orientation des molécules, une variation du plan de polarisation et donc une variation de la transparence de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) du dispositif.

Cette variation de transparence est exploitée par un rétro-éclairage, par réflexion de la lumière incidente ou par projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface...).

Affichage par segments et par pixels
Affichage par segments et par pixels

Les électrodes des pixels ne sont accessibles que par ligne ou colonne entières et la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse...) ou d'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) doit se faire par un balayage régulier des lignes de points. Les petits afficheurs ACL monochromes reposent sur le même principe mais utilisent souvent des électrodes avant en forme de segments de caractère de façon à simplifier l'électronique (commande directe en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ou rien) tout en obtenant une très bonne lisibilité (pas de balayage).

Cristaux liquides couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).)

Détail d'un écran ACL couleur
Détail d'un écran ACL couleur

Le principe de base est le même. Il nécessite trois cellules par pixels et le sandwich est complété par un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) coloré de motifs rouges, verts et bleus. Généralement le filtre est une succession de bandes verticales alternant les trois couleurs. Il y a toutefois d'autres répartitions décalant les couleurs d'une ligne à l'autre.

Afin d'améliorer la précision de rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la...) des couleurs, les éléments du filtre RVB sont séparés par une bande noire opaque.

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) TN ne permet pas l'affichage de plus de 262 144 couleurs (3x6 bits), l'affichage de 16 millions de couleurs (3x8 bits) utilise une technique d'approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien...) soit par clignotement (blinking) qui alterne (Les organes d'une plante sont dits alternes lorsqu'ils sont insérés isolément et à des niveaux différents sur une tige ou un rameau.) l'affichage de 2 couleurs qui encadrent la " vraie ", soit par effet de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit,...) (dithering) entre des cellules adjacentes. De nombreux écrans semblent utiliser une combinaison (Une combinaison peut être :) de ces deux techniques.

Éclairage

Gordes sur TV LCD 32 pouces
Gordes sur TV LCD 32 pouces

Il existe plusieurs modes d’éclairage adaptés à chaque contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...) d'utilisation qui doit tenir compte de la relative transparence des dispositifs à cristaux liquides : 15% pour les afficheurs monochromes et moins de 5% pour les écrans couleur du fait de l'interposition du masque coloré.

Éclairage transmissif : L’écran fonctionne avec un rétro-éclairage (TV, moniteur informatique, appareil photo et caméra) par une ou des lampes à décharge à cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la...) froide dont la lumière est répartie par deux réseaux de prismes orthogonaux.

Le principal avantage est la facilité d'utilisation avec une lumière ambiante faible ou moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...). Les inconvénients sont:

  • Une luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) limitée (problématique en plein soleil);
  • La consommation électrique de la source lumineuse;
  • La durée de vie (La vie est le nom donné :) limitée des lampes (ce qui n'est plus le cas pour les écrans récents utilisant des LEDs).

Projection: L'éclairage transmissif est également utilisé dans les projecteurs, où l'image d'un écran ACL couleur de petite taille (environ 2 cm de diagonale) est projetée par un dispositif optique comparable à un projecteur (Le mot projecteur peut désigner les instruments d'optique suivants :) de diapositive utilisant une lampe halogène de forte puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :). Les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant 3 écrans monochromes et un ensemble de filtres et de prismes décomposant et recomposant le spectre lumineux.

Éclairage réflectif : L’écran fonctionne avec la réflexion de la lumière incidente, très utilisé pour les assistants numériques personnels, les calculatrices, les baladeurs et les montres. Il s'utilise surtout avec les écrans monochromes, suffisamment transparents.

  • L'avantage : Une luminosité naturellement adaptée à l'éclairage ambiant ;
  • Le principal inconvénient : Illisible quand l'éclairage ambiant est faible.

Éclairage transflectif : Il combine un dispositif réflectif et un rétro-éclairage transmissif. Disponible sur de nombreux assistants personnels (PDA) et certains appareils photo.

Les caractéristiques d'un écran ACL

Les mesures sont définies par la norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus...) ISO 13406-2 dont la règle la plus connue concerne les pixels défectueux qui répartit les écrans en 4 classes suivant le nombre de défauts par millions de pixels :

Classe Blancs Noirs Sous-pixels Par 5 pixels Consécutifs
I 0 0 0 0 0
II 2 2 5 1 2
III 5 15 50 2 2
IV 50 150 500 - -

Parmi les autres mesures définies :

Définition en nombre de pixels : Le nombre de points constituant l'image visible.
Dimensions : C'est la diagonale qui est indiquée en pouces (2,54 cm) ou en centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.).
Angle de vision horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou vice versa.) et vertical : Indique jusqu'à quel angle on peut observer l'image avec un contraste supérieur à 10:1 (ce qui est très peu par rapport au contraste de face !). Les performances généralement indiquées ne sont pas celles définies par la norme ISO, moins flatteuses.
Contraste : Rapport de luminosité entre un pixel blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que...) et un pixel noir. Souvent obtenue en poussant la luminosité au-delà de l'utilisable (pour un écran informatique, la valeur recommandée est d'environ 100 cd/m²)
Luminosité : (en toute rigueur c'est la luminance) Mesurée dans l'axe, en cd/m²
Temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de réponse : L'ISO définit le temps total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas forcément...) de l'aller retour blanc->noir->blanc. Il est souvent meilleur que celui nécessaire à la transition blanc->gris->blanc, plus représentative d'une utilisation courante.

Les valeurs janvier 2008 :

Caractéristiques Moniteurs Téléviseurs Projecteurs
Définition en nombre de pixels 1024x768 à 1920×1200 1024x768 à 1920×1080 1920×1080
Diagonale 15 à 30" = 76 cm 15 à 110"[1] = 279 cm
Angle de vision horizontal et vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) 178° 178° -
Contraste 600:1 à 3000:1 600:1 à 3000:1 3000:1
Luminosité cd/m² 250 à 320 300 à 550 -
Temps de réponse 2 à 16 ms 2 à 16 ms  ?

Certains écrans revendiquent un contraste "dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :)" de 3000:1 mais pour lire on règle le contraste à beaucoup moins que 3000:1 pour ne pas être ébloui.

Chromaticité

La Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) a déterminé sur un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) de la population la gamme de couleurs que l'œil humain sait discerner et distinguer. La plupart des moyens de restitution (écrans, imprimantes) sont loin de pouvoir reproduire l'ensemble de cette gamme de couleur.

Les écrans ACL ont beaucoup progressé en qualité de couleurs et la plupart dépasse l'étendue de couleur (gamut) sRGB, référence sous Windows (Windows est une gamme de systèmes d'exploitation produite par Microsoft, principalement destinées aux machines compatibles PC. C'est le remplaçant de MS-DOS. Depuis les années 1990, avec la sortie de Windows 95, son succès commercial pour...), et certains modèles professionnels approchent du gamut NTSC utilisé par la télévision.

Une nouvelle technique d'éclairage se démocratise en 2007 qui remplace la lampe à décharge par un ensemble de diodes électroluminescentes blanches. Celles-ci permettent à l'ACL de couvrir 114% de l'espace NTSC et offrent un réglage beaucoup plus stable de l'équilibre des couleurs ainsi qu'une très bonne uniformité d'éclairage.

Technologies

Écran ACL-TN: 1: Plaque de verre; 2 & 3: Polarisants vertical et horizontal; 4: Filtre couleur RVB; 5 & 6: Electrodes horizontales et verticales; 7: Couches polymère d'alignement; 8:Billes d'espacement
Écran ACL-TN: 1: Plaque de verre; 2 & 3: Polarisants vertical et horizontal; 4: Filtre couleur RVB; 5 & 6: Electrodes horizontales et verticales; 7: Couches polymère d'alignement; 8:Billes d'espacement

TN, DSTN

La technologie de base, le TN (Twisted nematic) fut la plus répandue malgré des insuffisances dans le rendu des couleurs et le contraste ainsi qu'un fort traînage. Elle a été améliorée dans les écrans DSTN (Dual scan twisted nematic) qui améliore la stabilité de l'image en procédant à sa formation par un double balayage. Malgré des améliorations successives, ces technologies dites à matrice passive (La Matrice passive est une technologie d'écran rencontrée sur les portables. Longtemps de piètre qualité, elle a réalisé d'importants progrès. Moins performante que la matrice active, elle présente...) ont un contraste limité à 50:1, une qualité moyenne des noirs en général. Des écrans à double couche (Double Super Twisted nematic) ont également été produits pour optimiser l'équilibre chromatique de la lumière produite.

Les écrans TN et DSTN sont transparents au repos.

Écran ACL-TFT: par rapport au ACL-TN 5 & 6: lignes de commande horizontales et verticales; 7: polymère d'alignement; 9: transistors; 10: électrode frontale; 11: électrodes élémentaires
Écran ACL-TFT: par rapport au ACL-TN 5 & 6: lignes de commande horizontales et verticales; 7: polymère d'alignement; 9: transistors; 10: électrode frontale; 11: électrodes élémentaires

TFT

Sa variante TFT, est la plus utilisée dans les écrans couleur pour informatique et la télévision. Elle remplace la grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. Une grille d'arrêt est un élément du tube de...) d'électrodes avant par une seule électrode en ITO (oxyde d'indium-étain InSn2O3) et la grille arrière par une matrice de transistors en film mince (Thin-film transistor), un par pixel (trois par pixel en couleur) qui permet de mieux contrôler le maintien de tension de chaque pixel pour améliorer le temps de réponse et la stabilité de l'affichage.

La plupart des écrans ACL couleur de qualité utilisent aujourd'hui cette technologie TFT dite à matrice active (La matrice active est une technologie d'écran que l'on rencontre aussi bien sur les portable que sur les écrans plats de bureau. Elle a succédé à la matrice passive. Elle donne des images claires, un...) qui ont permis d'obtenir des temps de réponse en dessous de 10 ms. Le contraste reste toutefois limité aux alentours de 300:1 que seuls les écrans de type PVA dépassent.

Le film mince de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) est gravé avec les procédés de fabrication des dispositifs à semiconducteurs sur un dépôt extrêmement mince (quelques centaines de micromètre) de silicium. On ne sait pas actuellement déposer du silicium monocristallin car il est impossible de faire croître celui-ci sur du verre (à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant...) nécessaire, 1450 °C, le verre est presque liquide).

Schéma électrique équivalent; le pixel inférieur est affiché jaune
Schéma électrique équivalent; le pixel inférieur est affiché jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :)

Le silicium est déposé par diffusion gazeuse (on obtient alors une couche amorphe) ou par recuit d'une fine tranche de silicium (le silicium reste localement cristallisé : polycristallin). Ce recuit peut se faire :

  • par étuvage de l'ensemble, ce qui n'est possible qu'avec du quartz du fait de la température >1000° C nécessaire. Cette technique est utilisée pour les panneaux ACL pour projection dont les faibles dimensions sont compatibles avec celles des lames de quartz.
  • par chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) localisé par balayage avec un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...).

Une couche polycristalline permet de graver des circuits plus performants d'un facteur 100 par rapport au silicium amorphe et, bien sûr, d'obtenir une plus grande finesse.

Les écrans TFT hors tension sont noirs.

IPS (Ips est un genre d'insectes de l'ordre des coléoptères, et de la sous-famille des Scolytinae. Les Ips sont des insectes xylophages ravageurs.) et S-IPS

La technologie IPS (In-Plane Switching) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) par Hitachi en 1996 perfectionne la technologie TN-TFT en utilisant des cristaux liquides dont l'axe est parallèle au plan de l'écran. L'angle de vision est très large mais le nombre de transistors double, diminuant la transparence.

MVA et PVA

Un perfectionnement, le MVA (Multi-domain Vertical Alignment), a été introduit en 1998 par Fujitsu et améliore sa technologie VA en intégrant plusieurs domaines de réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre...) par cellule, augmentant la qualité du noir (<1 cd/m²) permettant ainsi d'améliorer fortement le contraste utile et l'angle de vision. Le dernier développement en est le PVA (Patterned Vertical Alignment) par Samsung qui atteint des noirs de 0,15 cd/m² permettant un contraste de 1000:1.

Les écrans MVA sont opaques au repos.

Fabrication

Procédé

Le processus de fabrication des dalles ACL est très automatisé et utilise une succession de machines de très haute précision en atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) contrôlée. Le point de départ de chaque face est une dalle de verre de grande dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) (jusqu'à 1,9 m par 2,2 m pour la "génération 7") sur laquelle sont préparés plusieurs écrans simultanément. Elles sont découpées après l'assemblage par collage des deux côtés.

Le verre utilisé doit pouvoir être produit en faible épaisseur (inférieure au millimètre) et résister aux différents traitements chimiques et thermiques sans déformation (température de transition vitreuse supérieure à 600° C) ni perte de transparence (résistance aux dérivés fluorés). À cet effet, on utilise des verres à forte teneur en silice, sans addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs...) de baryum.

La vitre avant reçoit successivement les pigments du masque coloré, une couche de protection, une couche d'ITO (électrode avant) puis de polyimide. Celle-ci est légèrement rainurée par frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) avec un velours spécial. La vitre arrière suit un processus plus complexe : dépôts de silicium, de métaux pour les électrodes, les lignes de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de pouvoir recevoir et rendre une charge électrique, dont la valeur est...) (Tantale, Aluminium), oxydation, photolithographie, puis espaceurs et finalement le polyimide.

L'assemblage par collage doit être extrêmement précis (de l'ordre du micromètre) pour assurer une parfaite correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt...) entre le masque coloré et les sous-pixels. Alors seulement l'ensemble est rempli avec la solution de cristaux liquides. La dernière opération est l'application d'un film polarisant (acétate de polymère) de chaque côté de l'assemblage.

Ordres de grandeur

Un écran à cristaux liquides TFT couleur Casio de 1,8
Un écran à cristaux liquides TFT couleur Casio (Casio Computer Company, Limited (カシオ計算機株式会社, Kashio Keisanki Kabushiki-gaisha?) est une entreprise multinationale...) de 1,8" qui équipe les appareils photographiques numériques compacts Sony Cyber-shot DSC-P93A

Pour mieux se rendre compte de certains problèmes d'industrialisation :

  • les plaques de verre ont une épaisseur inférieure à 1 mm (couramment 0,7 mm) ;
  • l'épaisseur des électrodes en ITO, 100 à 150 µm, leur donne une bonne transparence ;
  • Les films polyimide sont extrêmement fins : 10 à 20 µm ;
  • La couche de cristaux liquides se glisse dans un espace de 10 à 20 µm, soit moins de 1/100 de l'épaisseur totale, ce qui rend très long le remplissage des écrans de grande taille ;
  • Dans les écrans TFT, la couche de silicium ne dépasse pas 100 µm ;
  • Compte tenu de ces dimensions, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) de cristaux liquides dans un écran de 1 m de côté est de l'ordre de 20 cm³ soit 2 cL !

Perfectionnements récents

Ils visent à améliorer :

  • le temps de réponse :
    • Overdrive : Technique de commande consistant à appliquer une impulsion de tension plus élevée que nécessaire à l'obtention d'un niveau de gris pendant le début du cycle. Le temps de réponse blanc->gris se rapproche ainsi du blanc->noir ;
  • le contraste et la profondeur du noir en diminuant la proportion de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) occupée par le masque tout en rejetant au mieux la lumière parasite ;
    • Électrodes sur résine : Les électrodes ITO ne sont plus déposées sur le substrat entre les pistes mais après remplissage par une fine couche de résine, sur celle-ci, permettant aux électrodes d'avoir la taille maximale efficace,
    • Masque sur couche TFT : En complément du masque entre les pavés de couleur du filtre RVB, un masquage est directement appliqué sur la couche TFT entre les électrodes de chaque cellule ;
  • la qualité :
    • Espaceurs photogravés : Les billes d'espacement sont dispersées aléatoirement et peuvent endommager le filtre RVB ou gêner le fonctionnement. Elles sont remplacées par des cônes découpés dans de la résine époxy photosensible positionnés à des emplacements optimaux.
  • la qualité et l'uniformité des couleurs
    • Rétro-éclairage par DEL (diodes électroluminescentes).

Autres procédés de fabrication

Parmi les technologies alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) utilisant les cristaux liquides, Philips vient de présenter des prototypes de ACL "peints" ou paintable display produit par un processus plus simple (dépôt de couches superposées) se terminant par une photogravure des cellules de cristaux liquides (photo-enforced stratification).

Avenir et concurrence

L'écran ACL zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.) énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.)

Le dispositif "zenithal bistable device" (ZBD), développé par la société britannique QinetiQ conserve une image sans alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de l'électricité aux appareils fonctionnant avec cette énergie.).

La société française Nemoptic développe une autre technologie zéro-énergie, la technologie nématique bistable BiNem®, qui permet d'afficher des niveaux de gris et même de fabriquer des écrans couleur et se trouve désormais au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de la pré-industrialisation pour des applications allant de l'ultra-portable (e-livre, e-dictionnaire) à l'étiquette électronique.

Les technologies émergentes concurrentes

Écrans

  • Les écrans électrolumiscents à OLED (Organic light-emitting diode) ;
  • Les écrans électrochromes utilisant les propriétés des viologènes (dérivés de la 4,4'-bipyridine) ;
  • Reprenant en le simplifiant et le démultipliant le principe des tubes cathodiques (impact d'électrons accélérés sur un "phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.)") les SED (Surface-conduction Electron-emitter Display) semblent plus prometteurs à terme que les écrans plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne s'effondrent en...). Pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) (août 2007), la date de fin 2007 n'est pas confirmée pour les premiers téléviseurs.

Projection

  • Les cellules DLP (Digital Light ProcessingTM) utilisant des miroirs oscillants microscopiques, les DMD (Digital Micromirror Device) ;
  • la technologie LCOS (Liquid Crystal On Silicium), très récente, ajoute une couche réfléchissante entre les TFT et les cristaux liquides.

Notes et références de l'article

  1. JVC : un téléviseur (Le téléviseur (ou un télé, apocope utilisée familièrement) est un appareil doté d'un écran servant généralement à recevoir, regarder et écouter les programmes de télévision. Le...) de de 110 pouces
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