Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 19/05/2019

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Signets : 
  Afficheurs à Filaments à Incandescence         Tubes Fluorescents       Tubes Cathodiques
  Comparaisons entre les différents Afficheurs    Bas de page  


Les Afficheurs à Filaments à Incandescence ... :


b - Constitution des afficheurs L.C.D.

Les afficheurs à cristaux liquides sont constitués d'une couche de cristal liquide comprise entre deux plaques de verre revêtues de matériaux conducteurs.

L'alignement des molécules du cristal peut être changé par application d'une tension aux bornes de ses deux plaques.

Ce changement d'alignement permet de visualiser des segments comparables à ceux d'un afficheur à LED à ceci près qu'ils n'émettent aucune lumière.

Le contact électrique avec le cristal liquide est réalisé au moyen d'un conducteur transparent. Comme l'apparition du signe dépend de l'alignement des molécules, la direction avec laquelle la lumière frappe le cristal est critique. Pour cette raison, on utilise des filtres polarisant la lumière qui sont fixés à l'avant et à l'arrière de l'afficheur afin de contrôler celle-ci.

c - Principe de fonctionnement des afficheurs L.C.D.

Il est basé sur le principe de la «réflexion» ou de la «non réflexion» de la lumière à travers des filtres polarisants.

La lumière est une onde électromagnétique de longueur comprise entre 400 et 750 nanomètres. Dans le cas le plus courant, les oscillations des champs électriques se fond dans n'importe quelle direction. On appelle lumière «naturelle».

Il existe une lumière appelée «cohérente» ou «polarisée» dont les oscillations du champ électrique se font dans une direction bien précise (cas du laser), (figure 51-a).

Lumiere_coherente.gif

(Les oscillations du champ électrique se font dans une direction bien précise).

La lumière «polarisée» (ou cohérente) est obtenue en diffusant de la lumière sauvage dans un milieu opalin ou «filtre polarisant». Ces filtres sont constitués par des cristaux orientés dans un sens bien défini (figure 51-b).

Filtre_polarisant_a_cristaux_orientes.gif

Il est important de noter que ces filtres sont transparents et non opaques.

Expérience des deux filtres polarisants :

Supposons une source de lumière, issue d'une ampoule, ou obtenue par réflexion à l'aide d'une surface polie.

En plaçant sur cette source lumineuse deux filtres orientés dans le même sens, on constate que la lumière les traverse, sans absorption notable, comme le représente la figure 51-c.

Deux_filtres_polarisants.gif

En croisant progressivement un des deux filtres, on constate que la lumière passe de plus en plus mal jusqu'à absorption totale (filtres croisés à 90° tel que représenté à la figure 51-d).

La_lumiere_ne_passe_plus_a_90_degres.gif

Introduisons maintenant un cristal mince, transparent, entre les deux filtres (feuille de Plexi par exemple), la lumière traverse à nouveau les deux filtres. Ceci est dû au pouvoir rotatoire du cristal, qui fait repartir la lumière dans une direction bien déterminée et annule l'effet de croisement des filtres polarisés.

Le cristal liquide, introduit en une mince couche entre les deux filtres croisés, rétablira, comme le plexi, le passage de la lumière.

Un champ électrique traversant localement cet ensemble, désorientera les cristaux du cristal liquide, et à nouveau, la lumière ne passera plus (figure 51-e).

 Differentes_couches_L_C_D.gif

d - Différents types d'afficheurs L.C.D.

Il existe deux types d'afficheurs à cristaux liquides :

      Les systèmes à diffusion dynamique :

Ils utilisent un cristal nématique pur auquel on applique un champ électrique accompagné de passage de courant.

En l'absence de tension appliquée, le cristal liquide est parfaitement transparent. Lorsque l'on applique une tension, le cristal devient fortement diffusant car les molécules s'orientent en tous sens.

      Les systèmes à effet de champ :

Lorsque l'on soumet un cristal liquide nématique à un champ électrique, il s'en suit une variation dans la direction de l'alignement des molécules (rotation en hélice des molécules) sans entraîner de phénomène de diffusion dynamique. On adopte une tension alternative de fréquence supérieure à la fréquence de relaxation du cristal liquide mais trop faible pour provoquer l'oscillation des molécules, soit d'environ 5 kHz.

Dans les systèmes à effet de champ, on utilise l'effet de nématique en hélice qui permet de faire varier la rotation de la lumière polarisée d'une façon continue de 0 à 90°.

On provoque ainsi un retard optique qui permet de décomposer la lumière blanche. On obtient ainsi du rouge, du jaune, du vert contrairement aux systèmes à diffusion dynamique qui sont eux achromatiques (pas de couleurs propres).

La nématique utilisée est un dérivé de butyl-aniline, les électrodes transparentes sont en oxyde d'étain ou en oxyde d'indium.

Ces systèmes sont de très faible consommation et leur contraste élevé permet de les utiliser dans les montres.

e - Circuits de commande des afficheurs L.C.D.

Pour les raisons vues précédemment mais aussi pour éviter un dépôt par électrolyse qui pourrait endommager les afficheurs ceux-ci sont commandés par un signal alternatif n'ayant pas de composante continue.

Pour les afficheurs dits à effet de champ, on utilise une tension de commande de 2 à 10 V et de quelques kilohertz de fréquence.

Pour les afficheurs à diffusion dynamique, on utilise une tension de commande entre 7 à 30 V et 20 à 400 Hz.

On commande les afficheurs à cristaux liquides au moyen de décodeurs spéciaux fournissant les tensions carrées appropriées.

La figure 52 montre le raccordement d'un décodeur / driver avec un afficheur L.C.D. à effet de champ.

Raccordement_d_un_afficheur_a_cristaux_liquides.gif

La figure 53 représente la structure interne d'un décodeur / driver pour afficheur L.C.D.

Structure_et_brochage_d_un_decodeur_driver_CD4056.gif

Le décodeur est alimenté entre VSS et VDD soit 5 à 15 volts.

L'afficheur est quant à lui alimenté entre VDD et VEE, ce qui permet grâce au circuit adaptateur de niveau de disposer sur la sortie du décodeur d'un niveau d'amplitude 15 V même si le niveau disponible sur les entrées B.C.D. n'est que de 3 V par exemple.

L'entrée Strobe valide à 1 permet de transférer le code B.C.D. présent à l'entrée du circuit intégré à l'entrée de l'adaptateur de niveaux.

L'entrée DF (Display Frequency) est alimentée par un signal carré de 5 V d'amplitude et de fréquence entre 30 Hz et 200 Hz.

Lorsqu'un code BCD est présent à l'entrée de l'adaptateur de niveau pour DF = 0, la sortie du segment correspondante est haute.

Si un signal carré est présent à l'entrée DF, la sortie correspondante du segment sélectionné est alimentée par un signal déphasé de 180° par rapport à DF. Les sorties des segments non sélectionnés sont alimentées par un signal carré en phase avec DF, de telle sorte que seul les segments sélectionnés voient apparaître une différence de potentiel à leurs bornes (tension entre sortie de la commande d'afficheur pour le segment choisi et DF).

Le chronogramme de la figure 54 montre les différents signaux tels qu'ils ont été décrits.

Chronogramme_LCD.gif

f - Avantage des afficheurs à cristaux liquides et inconvénients :

      Leur consommation est quasi nulle d'où leur utilisation généralisée dans les montres à quartz (consommation : environ 15 nano-ampères par millimètre carré).

      Leur contraste augmente avec l'éclairement.

      Ils ne produisent pas de lumière par eux-mêmes et requièrent donc un bon éclairement.

      Leur temps de réponse est élevé : 100 à 300 millisecondes.

      Leur prix est élevé.

      Du fait qu'ils nécessitent un signal alternatif, le multiplexage est difficile.

HAUT DE PAGE 2. 5. 3. - LES AFFICHEURS À FILAMENTS À INCANDESCENCE

Dans cette technologie, chaque segment est en fait un filament identique à celui d'une lampe à incandescence.

L'avantage de ces afficheurs est leur grande luminosité et la possibilité avec un filtre d'obtenir n'importe quelle couleur.

Leur principal inconvénient est leur consommation.

La figure 55 montre le brochage et l'organisation interne d'un afficheur à filament minitron ainsi qu'un exemple de branchement (le décodeur 7447 n'étant représenté que par son synoptique).

Afficheur_a_filament_minitron.gif

Le décodeur 7447 permet la commande directe d'afficheurs à filaments car ses sorties peuvent recevoir jusqu'à 40 mA (voir figure 37).

La figure 55-c représente les liaisons à effectuer pour commander le circuit.

Nous pouvons voir que tous les filaments sont commandés entre 0 et 5 V. Tous les 5 V (broches 2, 5, 10, 12, 13) sont reliés ensemble. L'extrémité libre du filament est alors commandée par la sortie correspondante à l'état bas du décodeur faisant ainsi passer un courant à travers le filament.

Il est recommandé pour ce genre d'afficheurs d'alimenter les filaments par une source d'alimentation à courant constant indépendant de la charge afin d'avoir une luminosité uniforme sur tous les segments de tous les afficheurs.

HAUT DE PAGE 2. 5. 4. - LES TUBES FLUORESCENTS

La technologie employée rappelle celle des tubes à vide.

Un filament chauffé juste au-dessous de l'incandescence fait office de cathode et assure ainsi l'émission d'électrons.

Des segments métalliques disposés comme ceux des afficheurs 7 segments font office d'anodes.

Lorsqu'une anode est sélectionnée, les électrons émis par la cathode - filament viennent «bombarder» les segments choisis. Le tube contenant un gaz dérivé du phosphore, il s'en suit une émission de lumière bleue au voisinage des segments sélectionnés.

Cette technique permet la réalisation de panneaux de 8 à 16 chiffres.

Compte tenu de son faible coût, les japonais utilisent cette technologie dans les calculatrices de bureaux.

HAUT DE PAGE 2. 5. 5. - LES TUBES CATHODIQUES

Leur principe est celui du tube à vide.

Les électrons émis par une cathode chauffée par un filament de chauffage F sont concentrés par une grille spéciale appelée Wehnelt ou commande, accélérés par une anode A et concentrés en un fin pinceau puis déviés par des plaques de déviations ou (déflecteur) horizontales et verticales puis projetés sur l'écran constitué par le fond du tube recouvert de phosphore. Le «bombardement» électronique de l'écran produit alors une lumière ou spot dont on peut faire varier la forme.

Un tube cathodique est représenté figure 56-a. Sa constitution interne est représentée figure 56-b. Son principe de fonctionnement est illustré figure 56-c.

Tube_cathodique.gif

Certains tubes cathodiques possèdent trois canons permettant d'exciter des phosphores donnant une lumière rouge, verte ou bleue afin de restituer la couleur. On appelle ces tubes «trichromes» par opposition aux autres tubes dits «monochromes».

Les tubes cathodiques nécessitent des tensions élevées (plusieurs milliers de volts).

Les tubes cathodiques permettent une souplesse d'utilisation considérable. En effet, ils permettent de représenter des caractères alphanumériques ou alphabétiques, des chiffres décimaux, des symboles spéciaux, des graphiques...

Ils équipent une multitude de terminaux d'ordinateurs.

Toutefois, il est nécessaire de disposer d'un générateur de caractères afin de moduler le pinceau d'électrons émis par la cathode pour obtenir le signe désiré.

La figure 57 donne le schéma synoptique de l'ensemble.

Schema_de_l_ensemble.gif

HAUT DE PAGE 2. 5. 6. - COMPARAISONS ENTRE LES DIFFÉRENTS AFFICHEURS

Vous pouvez voir sur le tableau de la figure 58 toutes les comparaisons possibles entres les différents types d'afficheurs.

Il est à remarquer cependant la très faible consommation des afficheurs à cristaux liquides.

Vous pouvez remarquer également le temps de «réaction» très long de ces afficheurs.

Comparaison_des_types_d_afficheurs.gif

2. 5. 7. - CONCLUSION

Dans cette théorie, nous avons vu un nombre important de circuits d'affichage et de circuits décodeurs.

Nous avons vu un nombre importants de codes, d'autres codes existent encore tel le code U.S.A.S.C.I.I. qui sera traité par la suite lorsque nous examinerons les microprocesseurs.

Dans la prochaine théorie, vous découvrirez les additionneurs, comparateurs ainsi que les multiplexeurs / démultiplexeurs.

  Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.   Haut de page
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