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Bibliographie scientifique
LES ÉCRANS LCD
Bibliographie scientifique

SOMMAIRE
LISTE DES FIGURES Page 3
ETAPES DE TRAVAIL Page 4
1- INTRODUCTION Page 5
a) Historique Page 5
b) Domaines d’application Page 5
c) Schéma de principe Page 6
d) Descriptif Page 7
2- EXPLICATIONS Page 9
a) L’état et la structure cristal liquide Page 9
a.1) Introduction Page 9
a.2) L’organisation structurelle dans un cristal Page 10
a.3) Preuve de l’orientation partielle Page 10
a.4) Les molécules pouvant posséder une phase cristal liquide Page 11
b) Lumière et polarisation Page 13
b.1) La lumière Page 13
b.2) La polarisation Page 13
b.3) Les différentes techniques de polarisation Page 14
b.4) La polarisation appliquée aux LCD Page 15
c) Application d’un champ électrique sur les cristaux liquides Page 16
c.1) Composition "polaire" des cristaux liquides Page 16
c.2) Caractéristique importante en comparaison
avec les liquides et solides Page 17
c.3) Création d'une polarisation électrique Page 17
3- CAS PARTICULIER DES TWISTED NEMATIC Page 18
a) Structure particulière du Twisted Nematic Page 18
b) Rotation et ancrage des molécules Page 19
c) Activités optique avec ou sans champ électromagnétique Page 19
4- POURQUOI LES MATERIAUX OPTIQUEMENT ACTIFS ONT-ILS UN POUVOIR
ROTATOIRE SUR LE PLAN DE POLARISATION DE LA LUMIERE EN L’ABSENCE
DE CHAMPS ELECTROMAGNETIQUE? Page 22
a) Biréfringence rotatoire Page 22
b) Description de Fresnel Page 22
c) Les lois de SNELL-DESCARTES Page 23
d) Vitesse de la lumière en fonction de l’indice de réfraction Page 23
e) Notion de déphasage Page 24
f) La formule de Fresnel Page 24
g) La loi de BIOT Page 24
CONCLUSION Page 25
GLOSSAIRE Page 26
SOURCES Page 27
Les mots accompagnés du caractère * sont définies dans le Glossaire
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LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Schéma de principe (source : www.hardware.fr )
Figure 2 : Descriptif (source : cristauxliquides.free.fr)
Figure 3 : Filtre polarisant (source : www.comm.uqam.ca/)
Figure 4 : Différents états de la matière
(source : Cours.phy.ulaval.ca/cours/22646/07-birefringence_GPH-22646.doc)
Figure 5 : Graphique du passage d’une molécule d’un état solide à une phase liquide
(source : http://wwwarpe.snv.jussieu.fr/pages/gluvir_1.php)
Figure 6 : Molécule « type » de cristal liquide
(source : techniques de l’ingénieur / A 1325 / CRISTAUX LIQUIDES)
Figure 7: Structure de la phase nématique
(source : www.micromodule.fr/telechargement/1163612003.pdf)
Figure 8 : Onde électromagnétique (source : Wikipédia)
Figure 9 : Onde lumineuse naturelle
Figure 10 : Représentation d’une onde polarisée
Figure 11 : Schéma représentatif du plan de polarisation
(source Figure 8, 9 et 10:
Perso.orange.fr/patrick.kohl/spectro_oem/spectro_oem_7.htm)
Figure 12 : Principe de biréfringence (source :
Figure 13 : Polariseurs en configuration (a) parallèle et (b) croisée
Figure 14 : Représentation de l’angle d’incidence du champ E dans l’analyseur
(source : astro.ensc-rennes.fr)
Figure 15 : Orientation d’un dipôle en fonction d’un champ électrique imposé
(source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard)
Figure 16 : Création d’un dipôle électrique
(source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard)
Figure 17 : Structure moléculaire du TN
(source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard)
Figure 18 : Ancrage des molécules sur les plaques polarisantes
(source : www.micromodule.fr/telechargement/1163612003.pdf)
Figure 19 : Influence d’un champ électrique sur l’orientation des cristaux liquides et de
la lumière.
(source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard)
Figure 20 : Courbe d’électro-distorsion
( source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard)
Figure 21 : Transmission de la lumière en fonction de la tension appliquée
(source : http://perso.orange.fr/cristaux.leroux-girard )
Figure 22: Représentation de l’onde polarisée et mise en évidence des deux composantes
(source : http://www.sciences.univ-
nantes.fr/physique/perso/charrier/tp/polaro/prologue.html)
Figure 23 : représentation des angles î et r.
(source :http://sc.physiques.free.fr/htmlfiles/cours/dejenef/intro_reflex.html)
Figure 24 : Représentation du déphasage de deux ondes φ pour une longueur d’onde
 identique
(source : http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9phasage)
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ETAPES DE TRAVAIL
La réalisation de notre projet a nécessité de passer par plusieurs étapes dans le but
d’élargir nos pistes de recherche. Ces étapes nous ont permis de fixer les objectifs
d’avancement et d’établir des délais pour nos recherches. La division des tâches entre les
membres du groupe a permis de donner à chacun des étapes de travail et des pistes à suivre.
La première étape de travail était concentrée sur des recherches globales sur les
écrans LCD. Cette étape a durée quatre semaines, à l’issue de celle-ci, nous avons mis
en commun nos différentes informations. Nous avons pu à l’aide de ces informations
remplir la grille de décision présente dans le carnet de bord. De cette grille nous avons
commencé à nous poser des questions plus précises sur les composants et sur le
fonctionnement des LCD. En classant ces questions, nous avons isolé les différents
domaines physiques (électronique, optique et chimie) que nous devions étudier pour
comprendre le fonctionnement des écrans LCD.
La deuxième étape de travail consistait à explorer plus en détail ces domaines pour
avancer dans notre démarche d’explication des phénomènes physique. Ces recherches
nous amener sur des problématiques tels que « Pourquoi la lumière d’entrée utilisée est-
elle blanche ? », « Comment réagi le flux électromagnétique lumineux sous l’effet des
filtres polarisés puis de l’ensemble bâtonnet (qui comporte les cristaux liquides) ? ».
La troisième étape de travail consistait à répondre à ces questions et à confirmer
nos premières affirmations, en effet nous avons découvert par la suite en répondant aux
premières questions que certaines affirmations n’étaient pas bonnes, comme par
exemple le fait que la lumière utilisée en entrée n’est pas monochromatique. Le fait de
répondre aux questions précédentes et de remettre en question nos affirmations
précédentes nous a permis d’avancer sur la bonne voie. A la fin de cette troisième étape,
nous avons pu extraire le sujet principal de notre bibliographie scientifique :
« POURQUOI LES MATERIAUX OPTIQUEMENT ACTIFS ONT-ILS UN
POUVOIR ROTATOIRE SUR LE PLAN DE POLARISATION DE LA
LUMIERE EN L’ABSENCE DE CHAMPS ELECTROMAGNETIQUE ? ».
Notre démarche de recherche d’information c’est alors concentrée sur la compréhension
des phénomènes optique, électronique et chimique qui transforment la lumière d’entrée
en une image. Nos recherches sur les cristaux liquides nous ont amenés sur le fait qu’il
existe plusieurs types de cristaux liquides, nous avons retenu les Twisted Nematic car ce
sont ceux qui sont le plus utilisés dans la technologie des LCD. Nous nous sommes
confrontés à un problème qui été d’expliquer la rotation du plan de polarisation. La
compréhension de l’action des cristaux liquide Twisted Nematic sur le plan de
polarisation, donc du champ électromagnétique nécessite la connaissance approfondie
des équations de propagation de la lumière dans un matériau, c’est-à-dire les équations
de Maxwell. Pour tenter d’expliquer ces équations, nous sommes entrés en contact avec
notre professeur de mathématique M.Binard. Il aurait bien voulu nous éclairer sur la
question mais il nous a expliqué que ne possédons pas actuellement le niveau de
connaissance nécessaire. En effet, les équations de Maxwell sont au programme de la
deuxième année. Nous nous sommes donc limités à l’explication de la rotation de
l’angle du plan de polarisation dans les cristaux liquide Twisted Nematic en l’absence de
champ électromagnétique.
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1- INTRODUCTION
Dans le cadre de notre formation d’ingénieur par alternance au CEFIPA, nous avons à
réaliser un projet nommé bibliographie scientifique. Ce projet consiste à étudier un
phénomène présent dans le monde d’aujourd’hui.
Le sujet choisi pour cette bibliographie scientifique est le fonctionnement des écrans LCD
(écran à cristaux liquides). De cela découle une question : « POURQUOI LES
MATERIAUX OPTIQUEMENT ACTIFS ONT-ILS UN POUVOIR ROTATOIRE SUR
LE PLAN DE POLARISATION DE LA LUMIERE EN L’ABSENCE DE
CHAMPS ELECTROMAGNETIQUE ? » C’est sur cette question qu’est centrée notre
bibliographie scientifique.
En effet, nous ne détaillerons pas le fonctionnement global des écrans LCD mais nous
étudierons plus particulièrement le changement de la polarisation dans le cristal liquide
Twisted Nematic, cristal liquide le plus souvent utilisé dans la technologie des écrans LCD.
Pour mieux comprendre ce phénomène et introduire ce sujet, voici d’abord l’historique
du LCD et ses domaines d’application.
a) Historique :
L’invention du terme « cristal liquide » date de 1889, il faudra attendre 1968 pour que
des chercheurs s’intéressent au phénomène et inventent le premier afficheur à cristaux
liquides. En 1969, James Fergason découvre l’effet TN : Twisted Nematic, basé sur le
principe de rotation du plan de polarisation. Ce fut une découverte fondamentale, dans la
mesure où tous les écrans LCD (de l’anglais Liquid Crytals Displays) que nous connaissons,
sont basés sur ce principe. Et en 1986, NEC produit le premier ordinateur portable doté d’un
afficheur à cristaux liquide. En 1995, on commence à produire des dalles LCD de grandes
diagonales, supérieures à 28 pouces (environ 71 cm).
Aujourd’hui, les écrans LCD sont les successeurs des tubes cathodiques (CRT de
l’anglais cathode ray tube).
b) Domaines d’application :
La technologie LCD est présente dans toutes les nouvelles technologies d’aujourd’hui
comme les écrans d’ordinateurs, de calculatrice, d’imprimante, de téléphone mobile…
La présence d’écrans LCD est particulièrement élevée dans le secteur de l’architecture
et de la conception notamment. Viennent ensuite les secteurs des organisateurs de réunions et
de conférences, du transport et de la logistique, ainsi que de la vente au détail. Les écrans
LCD sont aussi présents dans une multitude de domaines industriels tels que l’automobile,
l’aviation …
La technologie LCD fait l’objet d’une demande toujours plus importante. Cette
technologie, en raison d’avantages tels que des pannes limitées, une manipulation facile, une
longue durée de vie, ainsi que d’une présentation plus satisfaisante de l’affichage, constitue
une réelle alternative aux autres technologies tel que le Plasma.
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