Définition : LCD est un acronyme utilisé pour l’affichage à cristaux liquides. Il s’agit essentiellement d’un affichage profond L dans lequel des cristaux liquides sont utilisés afin de produire une image sur l’écran.
Contrairement à une LED, un LCD ne détient pas la propriété de produire de la lumière. Cependant, il permet de faire apparaître certaines régions en clair ou en foncé en contrôlant l’énergie lumineuse émise par une source externe.
Avant d’aborder le fonctionnement d’un LCD, il est nécessaire d’avoir une idée sur les cristaux liquides.
Qu’est-ce que les cristaux liquides ?
Les cristaux liquides sont considérés comme le 4e état de la matière. Il en est ainsi car ils ne sont ni solides ni liquides. Mais ils possèdent les propriétés du cristal et détient la capacité de s’écouler ou de se déplacer comme un liquide.
Dans leur structure cristalline, l’orientation moléculaire ressemble à celle d’un solide. Cependant, ces molécules présentent également des mouvements dans différentes positions. De ce fait, elles détiennent la propriété de solide ainsi que de liquide. Par conséquent connu sous le nom de cristal liquide.
Ce cristal liquide affiche les images ou les caractères car la lumière émise par la source peut être soit passée, soit obstruée par le mouvement moléculaire du cristal.
Dans l’affichage à cristaux liquides, un cristal de type nématique torsadé est fondamentalement utilisé. Il en est ainsi parce que les molécules de ce cristal nématique sont en quelque sorte naturellement tordues selon un angle d’environ 90°. De plus, selon le potentiel appliqué, les molécules montrent une détorsion à des degrés changeants.
Construction d’un LCD
La figure ci-dessous représente la disposition structurelle d’un LCD:
Le cristal liquide ayant une épaisseur de près d’environ 10 à 20 micromètres est placé entre deux feuilles de verre. Sur la surface intérieure des deux feuilles de verre, des conducteurs sont insérés. Ces conducteurs forment des électrodes. Les deux électrodes indiquent la polarité positive et négative à appliquer.
Le potentiel externe est fourni à l’unité d’affichage à l’aide de ces deux électrodes. Celles-ci sont essentiellement formées par des matériaux comme l’oxyde d’indium (IN2O3) et l’oxyde stannique (SnO3).
Ici, une source de lumière fluorescente est utilisée. La lumière émise par cette source est ensuite envoyée vers le polariseur ici nous avons considéré un polariseur vertical comme polariseur d’entrée. En outre, un polariseur de polarité opposée à celle de l’entrée est placé à une autre extrémité de l’unité d’affichage.
Donc, ici, si nous avons supposé un polariseur vertical comme polariseur d’entrée, alors à l’autre extrémité, il doit s’agir d’un polariseur horizontal.
À l’extrémité opposée de l’électrode, on place un couvercle en verre sur lequel l’image désirée est affichée.
Comprenons maintenant comment fonctionne un LCD.
Fonctionnement du LCD
Comme nous avons déjà l’idée que le LCD n’est pas un dispositif électroluminescent. Cela signifie qu’il n’a pas de propriété de production de lumière au lieu de cela, il permet à la lumière d’apparaître claire ou sombre en faisant usage d’un cristal liquide. Maintenant, procédons à la compréhension du fonctionnement du LCD.
La figure représentée ci-dessous vous aidera à avoir une meilleure compréhension du fonctionnement d’un LCD:
Lorsque la lumière d’une source de rétroéclairage est émise et laissée tomber sur le polariseur vertical. Alors la lumière non polarisée par la source devient polarisée verticalement. Quand initialement aucun potentiel externe n’est fourni entre les deux électrodes, les molécules du cristal liquide restent tordues.
Ceci fait que la lumière polarisée verticalement devient polarisée horizontalement en raison de l’orientation des molécules.
Comme nous avons discuté que l’orientation des deux polariseurs est de 90° en accord avec l’autre. Ainsi, le polariseur à l’autre extrémité est un polariseur horizontal.
Hence, lorsque la lumière polarisée horizontalement de la sortie du cristal nématique est alimentée au polariseur horizontal alors il passe la lumière provoquant ainsi l’illumination du pixel. Par conséquent, génère une image visible sur l’écran.
Supposons que lorsqu’une grande tension est appliquée entre les deux électrodes. Alors, cette tension appliquée fait en sorte que le mécanisme torsadé des molécules soit endommagé, ce qui fait qu’il fonctionne de manière rectiligne.
De ce fait, la lumière polarisée verticalement en passant par le cristal nématique ne change pas sa polarisation. Cela bloque la lumière polarisée verticalement pour passer le polariseur horizontal, générant ainsi un pixel sombre à l’écran.
De cette façon, des images lumineuses et sombres sont générées.
Maintenant, la question frappe notre esprit que comment un LCD affiche des images ou des caractères de différentes tailles ?
La réponse à cette question est qu’en appliquant une tension contrôlée entre les deux électrodes, il devient possible de générer différents niveaux de couleur sur l’écran.
Comme nous le savons, un pixel n’est rien d’autre qu’un élément de couleur qui est formé par la combinaison de 3 couleurs rouge, verte et bleue. Ainsi, en appliquant une certaine tension à l’électrode, la lumière polarisée verticalement peut passer à travers le polariseur de sortie en quantité variable.
Hence, il peut produire divers niveaux de couleur sur l’écran de l’affichage à cristaux liquides.
Représentation tabulaire des caractéristiques de l’écran à cristaux liquides
Avantages de l’écran à cristaux liquides
- La chaleur générée pendant le fonctionnement est moindre par rapport à l’écran CRT et à l’écran LED.
- La consommation d’énergie par un écran à cristaux liquides est très faible par rapport aux autres dispositifs d’affichage.
- Les LCD peuvent être convenablement utilisés avec les circuits intégrés MOS.
- Le coût global du dispositif est faible.
Inconvénients du LCD
- Il a besoin d’une source de lumière externe pour afficher l’image.
- Sa plage de température de fonctionnement est limitée qui se situe entre 0 et 60°C.
- Les LCD sont des unités d’affichage moins fiables.
- La visibilité de l’image repose sur l’intensité lumineuse.
Applications des LCD
Les LCD trouvent leurs principales applications dans l’affichage des images dans les écrans de divers gadgets électroniques comme la télévision, la calculatrice, le moniteur d’ordinateur, etc. Ils sont également utilisés dans les montres numériques et les écrans de téléphones portables.
Ils sont également utilisés pour visualiser les ondes RF en transmission à travers les guides d’ondes et dans les applications médicales comme dans le thermomètre à cristaux liquides, etc.
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