Comment sont fabriqués les écrans LCD?

Les LCD (Liquid Crystal Display) ont aujourd’hui un temps de réponse très court, de l’ordre de 8 ms pour les meilleures dalles TN, encore faut-il se méfier des données constructeur. Rappelons que le temps de réponse représente la durée entre le changement d’état d’un pixel, du blanc au noir et pour revenir au blanc. Si ce temps est trop important, on aperçoit des traînées sur les images contrastées dans les séquences rapides.

Les écrans LCD sont taillés dans une plaque de verre de grandes dimensions de 1,9 m par 2,2 m à partir de laquelle sont extraites les dalles LCD que vous retrouvez sur le marché. Sur la vitre avant, se trouvent les pigments du masque coloré, une couche de protection, une couche d’ITO (oxyde d’indium-étain). La taille de l’affichage est limitée car le nombre de pixels et de transistors s’accroit en proportion. La probabilité pour qu’un transistor soit défectueux augmente d’autant. Malgré cela, la plus grande taille atteinte à ce jour par un écran LCD Sharp est de 107 pouces (soit 2,71 m !). Le taux de rejet lors de la fabrication des dalles d’écrans LCD est élevé et explique que les processus de production industrielle doivent être parfaitement maîtrisé.

Les évolutions des écrans LCD

> Les matrices passives
Les premiers écrans LCD utilisaient une matrice passive. En clair, une simple grille adresse les signaux d’allumage et d’extinction des pixels. Il fallait deux plaques de verre. L’une portant les colonnes et l’autre les lignes de commandes de chaque pixel. Pour allumer et éteindre les pixels, les colonnes et les lignes sont commandées par un circuit intégré.  Les deux défauts principaux des matrices passives -aujourd’hui quasiment abandonnées-  sont de deux ordres :
D’une part, un temps de réponse trop important, se traduisant par des traînées sur les scènes rapides.
D’autre part,  la commande trop imprécise de la tension électrique de contrôle de chaque pixel. Au lieu d’envoyer les informations d’allumage et d’extinction sur un seul pixel, les pixels voisins sont affectés dans les matrices passives ce qui se traduit par des images floues et non contrastées. Ces problèmes ont été résolus par les matrices actives.

> Les matrices actives Avec cette technologie de fabrication dite TFT (Thin Film Transistor), chaque pixel est contrôlé individuellement via des transistors pour obtenir un temps de réponse beaucoup plus rapide qu’avec une dalle à matrice passive. Pour les écrans de grande taille, il n’est pas possible d’affecter des électrodes à chaque pixel pour raisons de complexité de fabrication et de transparence de la dalle. Pour contourner ces inconvénients, les commandes sont multiplexées pour diminuer drastiquement le nombre de lignes de commandes et d’adressage des pixels.
Il existe 3 types de matrices actives, une caractéristique rarement mentionnée par les constructeurs. Pourtant, leurs performances sont différentes et devraient être portées à l’attention des consommateurs. Voici les 3 catégories de matrices actives :
– Dalles TN (Twisted Nematic). Ce sont les plus courantes. Côté avantages, elles affichent un temps de réponse très faible, une caractéristique appréciée par les joueurs et les amateurs de vidéo. En revanche, les angles de vision sont réduits et la visualisation des films est sujette à de légers effets de tremblement.
– Dalles VA (Vertical Alignment). Introduite en 1998 par Fujitsu, cette technologie de dalles comprend les types MVA (Multi Domain Vertical Alignement) et PVA (Patterned Vertical Alignment). Une dalle MVA intègre plusieurs domaines de réfraction par sous-pixel, ce qui accroît la densité du noir. De plus, le contraste est amélioré ainsi que l’angle de vision.
Dernier développement en date, les dalles PVA atteignent un très faible niveau de noir de l’ordre de 0,15 cd/m2, ce qui entraîne un taux de contraste théorique de 1000 :1.
– Dalles IPS ( In Plane Switching). Développés par Hitachi en 1996, les écrans IPS améliorent la technologie TN-TFT en utilisant des cristaux liquides dont l’axe est parallèle au plan de l’écran. Ce type de dalle est parée de nombreuses vertus: temps de réponse rapide et angle de vision large mais le résultat laisse sceptique les puristes. Eu égard à leur prix élevé, ils restent plutôt rares dans le commerce et sont réservé aux professionnels de l’image.

LCD, une vieille histoire …

Découverts il y a plus d’un siècle, les LCD font aujourd’hui partie du paysage informatique. Il s’agit en fait d’une ancienne découverte … en botanique. En 1888, un botaniste autrichien, Friedrich Reinitzer manipulait une substance à base cholestérol, le cholesteryl benzoate. Or, ce dernier se transformait en liquide sombre qui devenait plus clair à mesure que la température augmentait.  Après refroidissement, le liquide prenait une couleur bleue avant de se cristalliser. Quatre-vingt ans plus tard, en 1968, la société américaine RCA, se lançait dans la première expérimentation des LCD avec la découverte de l’influence d’un champ électrique sur l’alignement des molécules de cristal liquide. Les premières applications d’écrans LCD de petite taille utilisée par les appareils de mesure sont apparues en 1973. appliqués aux écrans plats. Cette technologie a depuis lors bénéficié de nombreuses améliorations car il a fallu surmonter beaucoup d’obstacles pour obtenir des écrans fiables et susceptibles d’êtres fabriqués en grande série. Rappelons que l’épaisseur du verre contenant les LCD est inférieure au millimètre et qui résistent aux traitements thermiques et chimiques sans déformations, ni perte de transparence.  Le volume total de cristal liquide utilisé dans un écran LCD de taille moyenne n’est que de 2 cl, soit l’équivalent d’un grand verre …

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