1. Description succincte des afficheurs à cristaux liquides

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PILOTES POUR L.C.D.
1. Description succincte des afficheurs à cristaux liquides
1.1 Principe de fonctionnement
Les cristaux liquides sont des composés chimiques transparents dont l'organisation moléculaire
n'est pas parfaitement ordonnée comme celle d'un cristal, ni complètement désordonnée comme un
liquide. Le type le plus employé est "Twisted Nematic" (TN), mais on trouve aussi les technologies
"cholesteric" et "smectic".
La structure de repos des molécules du type TN est en hélice, ce qui permet de faire pivoter de
90° la lumière polarisée qui traverse la couche de cristaux liquides.
La lumière ambiante passe par un polariseur horizontal avant d'atteindre la couche de cristaux
liquides. Sa structure en hélice transforme progressivement la polarisation d'horizontal en vertical et la
lumière peut alors passer par le polariseur de droite. Ainsi, le cristal liquide sera transparent pour un
observateur situé de ce côté.
Si l'observateur est de l'autre côté (c'est le cas le plus courant), le polariseur vertical est combiné
avec un miroir pour renvoyer la lumière vers sa source. L'observateur voit alors une couleur gris
argent homogène.
Des électrodes déposées sur des plaques de verre auxquelles on applique une f.é.m. continue ou
alternative permettent de créer un champ électrique dans la couche de cristaux liquides. Si ce champ
est assez intense, il aligne toutes les molécules comme le montre la figure ci-dessous.

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La polarisation de la lumière ne subit alors plus de rotation et est complètement absorbée par le
polariseur vertical. Ainsi, aussi bien en utilisation par transparence que par réflexion, la forme de la
couche (du segment) sera vue noire.
1.2 Schéma électrique équivalent
Rs  10k : résistance série des
électrodes.
Rp  1M/cm2 : résistance de
fuite du cristal liquide
Cp  1,5nF/cm2 : capacité des
électrodes.
1.3 Alimentation des LCD
Les afficheurs à cristaux liquides nécessitent une source d'alimentation purement alternative : sa
valeur moyenne doit toujours être nulle. Une composante continue prolongée provoque des
réactions électrochimiques qui dégradent considérablement la durée de vie. Le premier signe d'une
composante continue excessive est une apparence floue des segments.
La forme d'onde est carrée pour des raisons évidentes de simplification des circuits de
commande. La fréquence est généralement comprise entre 30Hz et 100Hz. Une valeur trop faible
se traduit par un papillotement de l'afficheur et une valeur élevée augmente excessivement le courant
consommé.
La forme d'onde carrée, combinée avec une amplitude et (ou) une fréquence excessive provoque
des segments "fantômes" là où ils devraient être invisibles. Ce phénomène parasite est dû à des
couplages capacitifs inter-segments. Il est donc important de ne pas laisser "flottants" les segments non
utilisés d'un afficheur.
Connexion
segment
Connexion
commune
Rp
Cp
Rs

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1.4 Contraste
C'est le rapport entre la
luminosité du fond (généralement
de couleur gris argent) et celle
d'un segment visible
(généralement noir).
Un afficheur de type TN a un
contraste de 5 à 50. Un œil
humain ne distingue pas les
contrastes supérieurs à 10 mais un
minimum de 2 est nécessaire à la
lisibilité.
La figure ci-contre montre
une caractéristique typique du
contraste (en valeurs relatives) en
fonction de la valeur efficace de
la tension appliquée et de l'angle
de vision.
Du point de vue électrique, on définit les 2 tensions suivantes :
- Vth : tension de seuil pour un contraste relatif de 10%.
 Pour rendre un segment invisible il faut appliquer une tension efficace inférieure à Vth.
- Vsat : tension de saturation pour un contraste relatif de 90%.
 Pour rendre un segment visible il faut appliquer une tension efficace supérieure à Vsat.
1.5 Temps de réponse

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Les temps ton et toff sont de l'ordre de 50ms à 100ms à 20°C. Ces valeurs augmentent très vite
quand la température baisse à cause de l'augmentation de la viscosité du cristal liquide.
Ces temps diminuent quand la tension d'excitation augmente.
1.6 Commande directe
Le pilote le plus simple est constitué d'une porte OU exclusif et d'un signal d'horloge (A) de
rapport cyclique 1/2 comme le montre la figure ci-dessous.
Le signal B commande l'apparence du segment.
- B = "0" : les signaux A et C sont identiques. Le segment est alimenté par une tension
(VC - VA) nulle et il est invisible.
- B = "1" : les signaux A et C sont opposés. Le segment est alors alimenté par une tension
carrée de valeur efficace (Vdd-Vss) et de valeur moyenne nulle : il est visible.
Pour assurer une composante continue (valeur moyenne) très faible du signal d'alimentation (VC-
VA), les signaux C et A doivent avoir des niveaux H et L parfaitement identiques. Ce critère impose la
technologie CMOS qui offre, en outre, une faible consommation propre.

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Pour réduire le nombre de broches, un afficheur à commande directe comprend une électrode
commune à tous les segments comme le montre le dessin ci-dessous :
L'électrode commune est connectée au signal A (back-plane) et chaque segment est piloté par
une porte OU exclusif.