2 - ecrans_plat

Centre d'intérêt N°13 :
RESTITUTION DES SUPPORTS DE L'INFORMATION
ANALOGIQUE
LA REPRODUCTION DE L'IMAGE
Dans un temps (t), on transmet un nombre suffisant d'images par seconde, pour que notre cerveau par
l'intermédiaire de l'œil ait l'impression d'un mouvement continu ; c'est le principe du cinéma.
Au cinéma, la fréquence d'affichage est de 24 images par seconde. En télévision elle est égale à la
moitié de la fréquence du réseau électrique, soit 25 images par seconde en Europe et dans le reste du
monde, à l'exception de l'Amérique du Nord, du Japon, et d'une grande partie de l'Amérique du Sud
pour lesquelles la fréquence d'affichage est égale à 30 images par seconde.
Le fonctionnement des écrans à tube cathodique (CRT, Cathode Ray Tube), son invention date
de 1897.
Une image monochrome désigne une image "noir et blanc" (dite "achrome") mais aussi chaque
composante d'une image couleur, puisqu'on sait qu'une image couleur peut être reconstituée par
la superposition de trois couleurs fondamentales (rouge, vert, bleu).
Dans l'espace (x,y), on décompose l'image en un nombre suffisant de lignes horizontales, puis
on l'analyse point par point le long de chaque ligne.
Au cinéma, l'image est projetée dans son ensemble sur
l'écran. Pour les téléviseurs l'affichage se faisait en deux
temps ;
L'écran est composé de 625 lignes, ces lignes sont
décomposées en lignes paires et impaires. L'image sera
composée quand toutes les lignes paires et impaires seront
définies. Alors le faisceau d'électrons balaye l'écran
horizontalement en deux trames ; toutes les lignes paires
puis toutes les lignes impaires
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Les écrans CRT devenant rapidement lourds et encombrants quand on augmente la surface
d'affichage, on a cherché à mettre en œuvre des technologies à écrans plats quand les
dimensions des écrans augmentent. Ces technologies peuvent se classer en deux grandes
groupes : les écrans de type passif et les écrans de type émissif. Les premiers doivent être
éclairés par une source externe pour produire la lumière qui sera ensuite filtrée pour produire
les couleurs. Les seconds produisent eux-mêmes la lumière visible.
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La lumière est une onde électromagnétique composée d'un champ électrique E et d'un champ
magnétique B (voir le cours sur les ondes). L’œil n’est sensible qu’à la composante électrique.
Selon la direction du champ électrique, on distingue :
la lumière naturelle ou non polarisée, pour laquelle il n' y a pas de direction particulière et les
vecteurs champs électriques prennent des directions aléatoires.
la lumière polarisée pour laquelle tous les champs E sont parallèles à une direction particulière
appelée direction de polarisation
Si on place un deuxième polaroïd sur le trajet de la lumière polarisée, l’intensité en sortie sera
maximale
(intensité Io/2) lorsque les 2 polaroïds sont alignés et nulle quand ils sont croisés
D’une façon générale, un afficheur LCD sera constitué :
•de deux polariseurs croisés qui ne laissent pas passer la lumière ,
•d’une substance placée entre les deux polariseurs qui fait tourner la direction de polarisation et
permet à la lumière de passer ,
•d’un dispositif de commande qui permettra ou non la rotation de polarisation
Il est possible de "commander" la direction des molécules de cristaux liquides par divers moyens :
•par un dispositif mécanique :
Lorsqu'on dispose une couche de cristal liquide sur une plaque gravée de fins sillons parallèles
(couche d'alignement), les molécules s'orientent parallèlement à ces sillons
Lorsqu'on enferme une couche de cristaux liquides entre deux plaques gravées de sillons orientés
dans deux directions différentes, l' orientation des molécules (à l' état de repos) passe
progressivement de la direction (1) à la direction (2}. Elle fait donc apparaître une torsion.
On appelle ce cristal, un cristal liquide "Twisted Nematic", (en français nématique tordu).
Ces molécules alignées vont avoir des propriétés spéciales dans le domaine optique puisqu’elles
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vont faire tourner la direction de polarisation de la lumière.
•Sous l’action d’un champ électrique
Si on soumet le cristal liquide à une tension électrique, l’orientation des molécules se modifie
sous l’action ce champ électrique.
Les chaînes moléculaires s’orientent parallèlement aux lignes de champ et se retrouvent
perpendiculaires aux électrodes. Dans cette situation, elles ne modifient plus la direction de
polarisation de la lumière.
L’affichage des différents niveaux de luminance de l’image est basé sur le principe suivant :
•en l’absence de champ électrique appliqué (tension de polarisation nulle), les molécules se
placent en position « twistée » pour permettre le passage de la lumière.
•en présence d’un champ électrique faible (tension de polarisation faible), quelques molécules
s’orientent en direction du champ, les autres restant « twistées » : la transmittance a légèrement
diminué ,
•en présence d’un champ fort (tension de polarisation élevée), la plupart des molécules sont
orientées dans le sens du champ et la transmittance de la cellule est très faible .
On pourra donc commander la luminosité du pixel en jouant sur la tension de polarisation qui lui
est appliquée : les afficheurs à cristaux liquides nécessitent donc une commande analogique.
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1. La commande de l'affichage.
Le dispositif de commande doit fournir à l’écran LCD-TFT les signaux vidéo, d'horloge et
des signaux de synchronisation horizontale et verticale permettant de réaliser les balayages.
A partir des signaux vidéo Y, R-Y et B-Y, le traitement est en général le suivant :
•une matrice permet de retrouver les signaux de couleurs primaires R, V et B qui seront
équilibrés (balance des blancs) et alignés (clamp) sur une composante continue ajustable
par l'utilisateur en fonction d'un réglage de lumière .
•une correction de gamma est nécessaire afin de linéariser la réponse globale de la chaîne
de traitement de l'image .
•il est ensuite nécessaire de produire des signaux de commande. Ceci est réalisé par les
circuits d'alignement et d'inversion associés au circuit de polarité.
Caractéristiques :
Les principales distinctions entre les technologies sont le temps de réponse (en ms), le taux
de contraste entre le noir et le blanc entre deux points contigus (les meilleures permettent
jusque 5000:1), les angles de visions horizontaux et verticaux (jusque 175°), la luminosité
(exprimée en candela par mètre carré (300 cd/m² par exemple), la fréquence maximum de
rafraîchissement (typiquement 75 hz) et le dop pitch.
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Le principe de l’écran LCD consiste à placer des cristaux liquides en sandwich entre deux
plaques gravées et orientées à 90° l'une de l'autre. Les molécules de cristaux liquides, de forme
allongée, s'orientent sur chacune des plaques parallèlement aux sillons de la plaque. L’écran est
rétro-éclairé avec une lumière polarisée parallèlement aux sillons de la première plaque. Quand
les molécules sont au repos (tension appliquée nulle), leur orientation varie progressivement
d'une plaque à l'autre, modifiant également progressivement la polarisation de la lumière. La
polarisation a tourné de 90° au niveau du second polariseur qui laisse alors passer l'intégralité
de la lumière.
Sous l’effet d’une électrode de
commande, on oriente selon la tension
appliquée une proportion plus ou
moins importante de molécules dans
une seule et même direction. Ces
molécules ne modifient alors plus la
polarisation incidente et on contrôle
donc la quantité de lumière que laisse
passer le second polariseur (ou celle
déviée). Chaque pixel de l’image est
constitué d’une cellule de ce type
devant laquelle est placé un filtre
rouge, vert, ou bleu.
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Jusqu'à Mars 2009, quasiment toutes les TV LCD utilisaient un rétroéclairage dit CCFL (Cold
Cathodes Fluorescent Lamps ou Lampes Fluorescentes à Cathode Froide). On peut faire une
analogie avec des néons disposés horizontalement derrière le panneau LCD.
Cette technologie a ses limites ; les "néons" sont constamment allumés, ce qui ce traduit par une
incapacité à créer un noir profond et à obtenir un excellent contraste.
Quand la technologie l'a permis, on a remplacé
les néons répartis sur toute la surface arrière du
téléviseur par quatre placés au dessus et sous un
guide de lumière ( voir la figure suivante). Ceci a
permis de gagner sur l'épaisseur et d'abaisser les
coups des téléviseurs.
Le téléviseur intègre une succession de couches
superposées. La première intègre une dalle
lumineuse qui éclaire uniformément la surface de
l'écran. Il est alimenté par une carte électronique
appelée Inverter (carte alim-neon en Français).
Cette carte convertit le 12 volts continu en une
tension d'environ 1000 Volts en alternatif. C'est
souvent cette carte qui tombe en panne sur les
écrans LCD: l'affichage devient sombre.
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