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).
(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).
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.
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).
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).
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.
La figure 53 représente la
structure interne d'un décodeur / driver
pour afficheur
L.C.D.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Afficheurs à Filaments à Incandescence
Les systèmes à diffusion dynamique :
Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.
Haut de page
Page suivante