Qu’est-ce que l’affichage à cristaux liquides ? Connaître les types et les avantages de cette technologie – Tecnoblog

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LCD (affichage à cristaux liquides) est une technologie d’affichage qui utilise des cristaux liquides et des polariseurs de lumière pour former des images. Il est couramment appliqué aux téléphones mobiles, téléviseurs, moniteurs, ordinateurs portables et autres appareils électroniques grand public.

Samsung Smart Monitor M5, un moniteur basé sur la technologie LCD (Image : Disclosure / Samsung)

L’écran LCD a été inventé par l’ingénieur américain George Heilmeier en 1964 alors qu’il travaillait chez RCA. L’utilisation commerciale de la technologie a commencé en 1972. Le marché des écrans à cristaux liquides était estimé à 148,6 milliards de dollars américains en 2021 et pourrait atteindre 1,42 billion de dollars américains d’ici 2029.

Comment fonctionne un écran LCD ?

Un écran à cristaux liquides est composé de cinq couches principales, de bas en haut :

1. couche de rétroéclairage ;
2. couche de polarisation de la lumière ;
3. couche de transistor à couches minces (TFT);
4. couche de cristaux liquides ;
5. couche de filtre de couleur.

Structure simplifiée d’un écran LCD à matrice active (Image : Vitor Pádua/Tecnoblog)

La formation de l’image commence dans le rétroéclairage CCFL, LED ou MiniLED, qui émet un rétroéclairage vers une couche polarisante, responsable de l’orientation de l’éclairage dans une direction spécifique.

La couche TFT applique un courant électrique qui active les cristaux liquides correspondants, libérant ou bloquant le passage de la lumière. Lorsque la lumière est entièrement libérée, la couleur blanche s’affiche et l’inverse se produit pour reproduire le noir.

Enfin, sur un écran couleur, un filtre de couleur rouge, vert et bleu (RVB) contrôle la quantité correcte de lumière colorée qui traverse les cristaux liquides et forme l’image.

L’écran LCD a principalement remplacé la technologie du tube à rayons cathodiques (CRT), qui utilisait un tube à vide recouvert de phosphore avec un canon à électrons pour former des images. Les téléviseurs à tube, plus énergivores et plus encombrants, ont été dépassés dans les ventes par les écrans plats LCD en 2007.

LCD à matrice active (AMLCD)

O AMLCD (affichage à cristaux liquides à matrice active) utilise un réseau actif de transistors pour contrôler chaque pixel individuellement. La matrice est composée d’un transistor à couches minces (TFT), qui agit comme un interrupteur pour allumer ou éteindre le cristal liquide qui contrôle le passage de la lumière.

Les écrans à cristaux liquides à matrice active sont les plus courants dans les téléphones portables, les moniteurs et les téléviseurs, car ils peuvent avoir une résolution plus élevée, des couleurs vives et un niveau élevé de luminosité et de contraste. Ces écrans sont de différents types :

• Nématique torsadé (TN): formé de deux couches de substrat avec une couche de cristal liquide torsadé entre elles. Ils se distinguent par leur faible coût, mais présentent l’inconvénient d’angles de vision limités et d’une qualité d’image inférieure par rapport aux autres types d’écrans LCD ;
• Commutation dans le plan (IPS): formé de deux couches de substrat avec une couche de cristaux liquides alignée parallèlement entre elles. Ils se distinguent par des angles de vision larges et une qualité d’image élevée, mais ils peuvent être plus chers, un temps de réponse plus lent et une uniformité des noirs inférieure ;
• Alignement vertical (VA): formé de deux couches de substrat avec une couche de cristaux liquides alignée verticalement entre elles. Ils se distinguent par leur contraste élevé et leur bonne qualité d’image dans les environnements sombres, mais présentent l’inconvénient d’angles de vision limités.

LCD à matrice passive (PMLCD)

O PMLCD (affichage à cristaux liquides à matrice passive) utilise un réseau passif d’électrodes pour contrôler les pixels au lieu d’un TFT. Les électrodes, connectées en lignes et en colonnes, sont en oxyde étrange d’indium (ITO). Lorsqu’elles sont activées, les électrodes allument la cellule à cristaux liquides correspondante, formant une image.

Casio G-Shock, une montre numérique avec un écran LCD à matrice passive (Image : Disclosure / Casio)

Les écrans matriciels passifs étaient utilisés dans les appareils électroniques à faible coût tels que les montres-bracelets numériques et les calculatrices. Comme ils ont une faible résolution et un temps de réponse élevé, on ne les trouve plus dans les appareils modernes.

Types d’éclairage des panneaux LCD (rétroéclairage)

Les écrans LCD ont généralement une couche de rétroéclairage, car les cristaux liquides n’émettent pas leur propre lumière comme les pixels OLED. Cette couche d’éclairage, appelée backlight, peut avoir différentes technologies :

• CCEF: composé de lampes fluorescentes en verre. C’est une technologie ancienne et représente une évolution par rapport au CRT car il est plus compact et économe en énergie. Cependant, il a été dépassé par la LED en raison de son efficacité énergétique inférieure et de sa durée de vie plus courte ;
• DIRIGÉ: Composé de diodes électroluminescentes qui sont placées derrière ou autour du panneau LCD. Il se distingue pour être plus efficace, durable et compact par rapport au CCFL, en plus de permettre un meilleur contrôle de la luminosité et du contraste. Il est largement utilisé sur les téléviseurs, les moniteurs, les smartphones et les tablettes ;
• Mini DEL: composé de diodes électroluminescentes encore plus petites que les LED classiques, d’une taille de 0,2 mm. C’est une évolution de la LED et a l’avantage de permettre un meilleur contrôle de l’éclairage et d’améliorer la qualité de l’image, notamment dans les zones sombres. Ce type d’éclairage se retrouve dans les téléviseurs et les moniteurs haut de gamme.

Avantages et inconvénients des écrans LCD

Le principal avantage des écrans LCD est leur disponibilité et leur coût de fabrication, car il s’agit d’une technologie mature. Cependant, un inconvénient connu est une qualité d’image inférieure par rapport aux technologies de panneaux plus modernes.

Notre comparaison LCD, OLED, QLED, QNED, MicroLED et NanoCell révèle plus d’avantages et d’inconvénients des écrans à cristaux liquides. En général, vous pouvez vous attendre à :

• Faible coût de fabrication: LCD est fabriqué sur des lignes de production matures de plusieurs fournisseurs, ce qui fait baisser son prix ;
• Consommation d’énergie inférieure à OLED: le rétroéclairage des écrans LCD a amélioré son efficacité énergétique au fil du temps, notamment avec l’apparition des LED et des MiniLED ;
• Faible émission de rayonnement: les panneaux à cristaux liquides sont plus sûrs pour une utilisation prolongée car ils émettent peu de rayonnement par rapport aux écrans CRT ;
• Angle de vue limité: les couleurs d’un écran LCD peuvent être délavées lorsqu’elles sont vues sous certains angles, ce qui aggrave la reproduction par rapport aux téléviseurs OLED, MicroLED et même les anciens téléviseurs Plasma ;
• Luminosité accrue dans les environnements lumineux: la luminosité d’un écran LCD dépend de la puissance du rétroéclairage, qui peut atteindre des niveaux plus élevés pendant plus longtemps que les pixels auto-émetteurs des OLED ;
• contraste plus faible: L’uniformité du noir peut être altérée par une fuite de rétroéclairage, c’est pourquoi les fabricants de téléviseurs et de moniteurs ont investi dans des technologies de gradation locales pour augmenter le contraste ;
• Réponse plus lente que OLED: L’écran LCD doit déplacer les cristaux liquides lors des changements de couleur, ce qui augmente le temps de réponse sur les panneaux OLED avec le même taux de rafraîchissement et peut provoquer un flou de mouvement.

Principaux problèmes associés aux panneaux LCD

Les principaux problèmes associés aux écrans LCD incluent :

1. Pixels morts : sont des pixels qui ne fonctionnent pas correctement et apparaissent sous forme de taches sombres sur l’écran. Ils peuvent être causés par des défauts de fabrication ou l’usure des transistors ;
2. Saignement de rétroéclairage (vazamento de backlight): se produit lorsque le rétroéclairage de l’écran fuit dans des zones où il ne devrait pas, provoquant un éclairage inégal et même une panne de courant. La cause principale est une limitation dans la conception du rétroéclairage ou des défauts dans la précision de l’assemblage de l’écran ;
3. Fantôme: se produit lorsque des images ou des mouvements rapides laissent une trace sur l’écran. Cela est dû à des écrans avec des temps de réponse élevés ou des taux de rafraîchissement très faibles ;
4. Déverminage : se produit lorsque des images fixes laissent des marques permanentes sur l’écran. Cela peut se produire lorsque la même image est affichée pendant une longue période. C’est rare sur LCD dans des conditions d’utilisation normales, étant un problème plus fréquent sur OLED ;
5. Jaunissement : Les écrans LCD peuvent afficher des taches jaunes au fil du temps. Cela peut être causé par des problèmes de qualité des matériaux et est rare sur les modèles plus modernes.

Conservation et transport

Comment nettoyer un écran LCD ?

Éteignez l’appareil et utilisez un chiffon doux et sec pour nettoyer un écran LCD. S’il y a des taches difficiles à enlever, comme des traces de graisse, n’appliquez que de l’eau sur le chiffon.

Comment transporter un téléviseur ou un moniteur LCD ?

Débranchez tous les câbles et, si possible, utilisez l’emballage d’origine avec de la mousse de polystyrène et/ou du papier bulle pour transporter un téléviseur ou un moniteur. Si vous n’avez plus l’emballage d’origine, placez l’équipement dans une boîte en carton avec un matériau de protection approprié.

Principaux fournisseurs

La fabrication d’écrans LCD est dominée par l’industrie électronique et entreprise par des entreprises de toutes tailles à travers le monde. Certains des plus grands fournisseurs d’écrans à cristaux liquides sont :

• Écran Samsung: fournit des écrans à Samsung Electronics, le plus grand fabricant de téléviseurs au monde, et à d’autres marques de téléphones portables et de tablettes ;
• Écran LG: est un fournisseur d’écrans LCD pour divers produits, tels que l’iPhone, en plus de fournir des moniteurs et des téléviseurs pour LG Electronics et détient la marque IPS ;
• Technologie BOE: Entreprise chinoise spécialisée dans la fabrication d’écrans LCD pour téléviseurs, moniteurs, ordinateurs portables, tablettes et autres appareils mobiles ;
• AU Optronique (AUO): Fabricant basé à Taiwan créé en 2001 par la fusion d’Acer Display et d’Unipac Optoelectronics ;
• Innolux: Produit plusieurs types d’écrans LCD, y compris des modèles à haute résolution (4K et 8K) et des panneaux LTPS.

Évolutions LCD

Les fabricants de téléviseurs et de moniteurs ont lancé de nouvelles technologies d’affichage basées sur l’écran LCD. Certains des noms les plus connus sont :

• QLED: composé d’une couche de points quantiques qui émettent de la lumière. Son principal avantage est la reproduction précise des couleurs. Un inconvénient est qu’il peut encore subir des fuites de rétroéclairage ;
• Néo QLED: Composé d’une couche de points quantiques comme QLED, mais remplaçant le rétroéclairage LED par MiniLED. Son principal avantage est la luminosité la plus forte. Un inconvénient est son prix plus élevé;
• LG QNE: concurrent direct du QLED, formé d’une couche de points quantiques et d’une dalle LCD, pouvant avoir un rétroéclairage LED ou MiniLED. Son avantage est une reproduction plus précise des couleurs. Cependant, le niveau de noir est limité par rapport au LG OLED ;
• NanoCellule: Composé d’une couche de particules nanométriques qui filtrent la lumière de l’écran LCD. Son principal avantage est la reproduction plus précise des couleurs. Son inconvénient est le problème IPS Glow sur les écrans avec alignement parallèle.

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