Les écrans LCD sont composés de plusieurs couches :
• Deux plaques de verre transparentes : elles contiennent et protègent les cristaux liquides.
• Cristaux liquides : substances dont les propriétés optiques se modifient sous l’influence d’un champ électrique.
• Filtres polarisants : ils ne laissent passer la lumière que dans une direction précise.
• Électrodes ou couche d’alignement : couches transparentes placées à l’intérieur de chaque plaque de verre.
• Rétroéclairage : il illumine l’écran par l’arrière, généralement à l’aide de LED.
• Filtres de couleur : composés de pixels, chacun constitué de trois sous-pixels : rouge, vert et bleu (RVB).
Au cœur d’un écran LCD se trouvent les molécules de cristaux liquides, uniques par leur capacité à s’aligner dans une direction précise lorsqu’elles sont soumises à un champ électrique. Ces molécules sont formées de longues structures en forme de bâtonnets qui possèdent des propriétés à la fois liquides et solides. À l’état naturel, les molécules de cristaux liquides sont orientées de manière aléatoire, ce qui donne un aspect sombre à l’écran lorsqu’il est traversé par la lumière.
Pour comprendre le fonctionnement des molécules LCD, examinons de plus près la structure de base d'un écran LCD. Les deux plaques de verre contiennent une fine couche de cristal liquide. La surface interne de chaque plaque est recouverte d'une électrode transparente permettant l'application d'un champ électrique à travers la couche de cristal liquide.
Les molécules de cristaux liquides d'un écran LCD sont généralement de deux types : nématiques torsadées (TN) et à alignement vertical (VA). Dans un écran LCD TN, les molécules s'alignent selon un angle précis, généralement 90 degrés, entre les deux plaques de cristal lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué. Cette disposition torsadée permet à la lumière de traverser la couche de cristaux liquides et d'atteindre l'écran.
Lorsqu'un champ électrique est appliqué à un écran LCD TN, les molécules de cristaux liquides se déroulent et s'alignent parallèlement au champ. Ce réalignement modifie la polarisation de la lumière traversant la couche de cristaux liquides, l'empêchant d'atteindre l'utilisateur. En contrôlant le champ électrique, la quantité de lumière traversant l'écran LCD peut être précisément régulée, permettant ainsi différents niveaux de luminosité.
Les écrans LCD VA fonctionnent différemment. Dans un écran VA, les molécules de cristaux liquides sont initialement alignées verticalement, perpendiculairement aux plaques de verre. Lorsqu'un champ électrique est appliqué, les molécules s'inclinent, laissant passer la lumière à travers la couche de cristaux liquides. Comme pour les écrans LCD TN, le degré d'inclinaison peut être contrôlé en ajustant la tension, et donc la luminosité.
Bien que le fonctionnement des molécules LCD repose sur la manipulation de l'alignement des structures de cristaux liquides par l'application d'un champ électrique, et que ce réalignement contrôlé permette à l'écran LCD de réguler le passage de la lumière, il ne s'agit pas du seul composant fondamental d'un écran LCD. Pour un fonctionnement optimal, un rétroéclairage est nécessaire afin de générer une illumination suffisante pour une visualisation correcte.
La lumière générée par le rétroéclairage doit traverser un filtre polarisant qui la dirige dans une seule direction, afin qu'elle soit homogène lorsqu'elle traverse la couche de cristaux liquides. Cette lumière polarisée interagit avec les molécules de cristaux liquides, modifiant ainsi sa direction de polarisation. Le second filtre polarisant ne laisse donc passer que la lumière polarisée dans la bonne direction.
Comme nous l'avons vu, la quantité de lumière traversant chaque pixel est contrôlée par la tension appliquée aux électrodes. Les pixels soumis à une tension plus élevée apparaissent plus lumineux, tandis que ceux soumis à une tension plus faible apparaissent plus sombres.
La production des couleurs a lieu dans la couche de filtres colorés, située entre la seconde vitre et le second filtre polarisant. Chaque pixel étant composé de sous-pixels rouges, verts et bleus, la combinaison de ces couleurs primaires crée une vaste gamme de couleurs. Actuellement, des millions de couleurs peuvent être reproduites grâce à ce système, sous le contrôle des électrodes qui régulent la quantité de lumière traversant chaque sous-pixel.
Pour atteindre des résolutions élevées, telles que la 8K ou la 4K, un écran LCD doit comporter un grand nombre de pixels. Ceci est réalisé en réduisant la taille des pixels individuels et en augmentant le nombre d'électrodes dans la couche d'électrodes. Cependant, plus le nombre de pixels augmente, plus la complexité de l'écran et la précision requise pour contrôler l'orientation des molécules de cristaux liquides s'accroissent.
L'ensemble de ces éléments nous permet de profiter d'images et de vidéos d'une résolution incroyable et aux couleurs éclatantes.
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