Les écrans plats à cristaux liquides

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	Les trois familles d'écrans LCD
	Des diodes à la place des néons

Cet article est extrait de : L'Ordinateur Individuel
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Les écrans plats à cristaux liquides
Enfin abordables, les écrans plats LCD chassent progressivement les vieux moniteurs à tube de la surface des bureaux. Ils sont bien plus esthétiques et plus pratiques ; mais ce n'est encore pas la panacée. Explications.

Vincent Alzieu et Eric Larcher , L'Ordinateur Individuel, le 28/04/2004 à 07h00

La découverte des cristaux liquides tient pour partie du hasard. C'est en 1888 qu'un botaniste autrichien, Friedrich Reinitzer, remarque que certains cristaux, en l'occurrence ceux de benzoate de cholestérol, peuvent être liquéfiés sans perdre les propriétés optiques liées à leur nature originelle. Même à l'état liquide, ces molécules en forme de bâtonnets dévient la lumière comme le cristal. C'est ce qui leur a valu leur nom.

Ces éléments, d'un genre très particulier, sont aussi sensibles aux champs électriques ; à la manière des aiguilles aimantées des boussoles qui réagissent au champ magnétique terrestre, elles s'orientent selon l'axe du champ électrique auquel elles sont soumises. Ce sont précisément ces deux propriétés qui sont à l'oeuvre dans les écrans LCD ( Liquid Crystal Display ).

Le premier appareil équipé d'un tel écran fut la calculatrice EL-8025 de Sharp, lancée en 1973. Depuis, cette technologie a fait d'énormes progrès au point de concurrencer la technique des écrans traditionnels à tube cathodique.

Aujourd'hui, les LCD s'imposent partout, dans l'informatique comme dans l'électronique de loisir, jusque dans les téléviseurs. Il faut dire qu'ils cumulent les atouts : légers, compacts et esthétiques, ils sont quatre fois moins gourmands en électricité que leurs homologues à tubes et n'interfèrent pas avec les équipements audio, car ils ne génèrent pas de champ magnétique. Qui plus est, leurs tarifs ne cessent de chuter : ainsi, depuis l'an 2000, le prix des LCD de 15 pouces a été divisé par six, passant de 1800 à 300 euros. De quoi générer un véritable engouement !

Trois familles d'écrans
On utilise aujourd'hui trois techniques pour fabriquer des écrans LCD : le TN ( Twisted Nematic ), l'IPS ( In Plane Switching ) et le MVA ( Multidomain Vertical Alignment ). Ces trois procédés obéissent à des principes généraux de fonctionnement similaires, qu'il convient de comprendre avant d'aborder les spécificités de chacun.

Dans tous les cas, la mise sous tension d'un écran LCD allume des néons (de deux à douze suivant les modèles) logés au fond de sa carcasse qui servent au rétroéclairage. La lumière émise est homogénéisée par des réflecteurs puis passée à travers une plaque de verre striée. Cette plaque constitue ce que l'on appelle un filtre polarisant qui n'accepte les ondes lumineuses que dans le sens de ses rayures.

La dalle contenant les cristaux liquides est placée devant ce premier filtre. Suivant leur orientation, ces cristaux dévient plus ou moins la lumière. En fonction de l'inflexion opérée, la lumière traverse un peu, beaucoup ou pas du tout, un second filtre polarisant situé en façade de l'écran. Les points qui composent ce dernier sont lumineux à l'endroit où la lumière passe, et sombres, là où elle est bloquée.

Les écrans LCD ont une structure matricielle ; ils sont composés d'une grille formée de lignes et de colonnes, chaque intersection correspondant à un pixel (un « point lumineux » élémentaire). Au niveau de chaque point, les mouvements des cristaux sont commandés par un transistor et deux électrodes. Les transistors utilisés sont très minces ; d'où l'appellation TFT ( Thin Film Transistor ) généralement associée aux écrans LCD.

Ces transistors sont gravés en usine à même la dalle de cristaux liquides. L'opération est délicate : la moindre impureté emprisonnée au cours de ce processus peut griller ces composants. C'est ainsi que se forment les pixels « morts », ces points qui restent dans un état figé. Ils sont très gênants lorsque les cristaux liquides se trouvent bloqués dans une position laissant passer la lumière, l'écran affichant alors en permanence un point lumineux à l'endroit correspondant.

Grâce à leur structure matricielle, les écrans LCD présentent un affichage toujours parfaitement cadré, sans aucun réglage. Et contrairement aux moniteurs à tube cathodique, dans lesquels l'image est entièrement recomposée plusieurs fois par seconde par un faisceau parcourant la dalle à très haute vitesse, il n'y pas de phénomène de scintillement.

En contrepartie, la définition des écrans LCD est figée (1024 x 768 pixels pour les 15 pouces et 1280 x 1024 pixels pour la plupart des 17 et 19 pouces). A chaque fois que l'on utilise un mode d'affichage différent, les composants électroniques qui interprètent les signaux envoyés par l'ordinateur doivent réaliser une conversion qui peut altérer la précision de l'affichage. C'est la raison pour laquelle certains écrans LCD de 15 pouces génèrent des images de mauvaise qualité en mode 800 x 600, par exemple.

Illusion d'optique
Comme avec les écrans classiques à tube cathodique, l'affichage des couleurs résulte d'une illusion d'optique. Les écrans LCD sont recouverts d'un masque translucide composé de fines bandes verticales de couleurs élémentaires RVB (rouge, vert et bleu). Chaque pixel exploite en fait trois points d'affichage (appelés sous-pixels), situés côte à côte sur la même ligne, chacun sous une bande de couleur différente.

L'oeil perçoit un pixel blanc lorsque les trois points qui le composent sont illuminés au maximum et voit un point jaune quand seuls les sous-pixels rouge et vert sont allumés. L'ensemble des nuances s'obtient en jouant ainsi sur l'intensité lumineuse des sous-pixels.

S'ils ne sont pas concernés par le problème de scintillement lié au balayage de l'image, les écrans LCD souffrent en revanche d'un problème de réactivité lié à ce que l'on appelle le temps de réponse. Cette caractéristique correspond à la durée nécessaire pour qu'un pixel passe du blanc au noir, puis revienne au blanc (autrement dit pour que ses trois sous-pixels allumés au maximum s'éteignent et se rallument de nouveau au maximum). Cette mesure n'est malheureusement pas valable pour tous les changements de couleurs.

Moins de profondeur pour le noir
Des écrans, dont le temps de réponse officiel est de 25 ms, peuvent mettre jusqu'à 120 ms pour changer la couleur d'un pixel. Une telle lenteur se traduit par des flous et un manque de fluidité dans les animations graphiques et les vidéos. Le seul moyen fiable pour savoir si un écran LCD convient vraiment à un usage ludique, c'est donc de l'essayer !

Un autre problème posé par les écrans LCD tient au fait que les cristaux liquides ne bloquent jamais totalement la lumière produite par les néons de rétroéclairage. Résultat : les noirs manquent de profondeur. Pour que ces écrans puissent néanmoins fournir un bon contraste, leurs fabricants poussent donc la luminosité. On trouve ainsi des écrans avec des valeurs supérieures à 400 cd/m ² . A titre de comparaison, les écrans cathodiques se contentent de 70 à 90 cd/m ² et toute luminosité supérieure à 110 cd/m ² est considérée comme excessive, car aveuglante, par les professionnels du graphisme.

On peut, bien sûr, baisser la luminosité manuellement ; mais, cela altère le rendu des couleurs. Comme quoi, même pour les écrans, il n'y a pas de régime minceur sans quelques petits sacrifices !

Glossaire Lumière polarisée, filtre polarisant

La lumière se propage sous la forme d'ondes électromagnétiques qui vibrent perpendiculairement à leur sens de propagation. Une plaque de verre recouverte de très fines rayures ne laisse passer que les vibrations qui oscillent parallèlement aux stries. Une telle plaque constitue un filtre polarisant et la lumière ainsi filtrée est dite polarisée.

Cristaux liquides

Les cristaux liquides sont des molécules organiques en forme de bâtonnets capables de transmettre les lumières polarisées, en changeant leur orientation. Autre propriété, ces molécules s'orientent suivant l'axe des champs électriques dont elles subissent l'influence.

Taux de contraste

Il mesure le rapport de luminosité entre les points les plus clairs et les plus sombres que l'écran peut produire. Les taux élevés facilitent la différenciation des couleurs.

Temps de réponse

Défini par la norme internationale ISO 13406-2, le temps de réponse est la durée nécessaire pour qu'un pixel passe du blanc au noir, puis revienne au blanc.

Transistor

Les transistors sont les éléments de base des composants électroniques. Ils peuvent être utilisés à la fois comme interrupteur et amplificateur. Les écrans LCD exploitent les deux fonctions pour contrôler la luminosité des points d'affichage.

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