Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

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Claire
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Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 01 Août 2011, 15:22

Bonjour ! :P

Je viens de m'inscrire sur le forum et j'espère pouvoir y trouver les réponses à mes questions...

Dans le cadre de la fête de la science (au mois d'octobre) je dois monter un stand avec une amie. Ce stand sera visité par un public de lycéens/collégiens puis par des parents avec leurs enfants, et le thème vous l'aurez deviné, c'est les cristaux liquides. Le truc c'est que je ne m'y connais pas plus que ça... :roll:
On a décidé de montrer un thermomètre à cristaux liquides, d'en expliquer le fonctionnement, et on voudrait aussi recréer l'équivalent d'un pixel géant pour montrer le principe de fonctionnement des écrans LCD.

J'ai déjà lu l'article concernant la réalisation d'un afficheur mais j'ai quelques questions car tout s'embrouille dans ma tête. Ça va être difficile de donner des explications claires si moi-même je suis à la ramasse !

Dans l'article wikipédia sur les écrans à cristaux liquides, et notamment sur ce schéma, il est question de filtres polarisants, alors que ce n'est pas le cas dans l'article sur la fabrication de l'afficheur. Du coup je ne comprends plus vraiment l'utilité/la nécessité de ces filtres... Vous pourriez m'éclairer ?

Sinon, dans ce fameux article je trouve que le contraste entre l'afficheur sous tension et hors tension n'est pas très... flagrant :-D Or, pour les besoins du stand il nous faut quelque chose de très visible qui ne prête pas à confusion, est-ce-que mettre une lampe allumée derrière l'afficheur pourrait améliorer la manip ou bien c'est peine perdue ?

Voilà, j'espère que quelqu'un aura les réponses à mes questions...

Merci ^^
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Maurice
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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Maurice » 05 Août 2011, 11:37

Il faut tout d'abord comprendre ce que c'est que la lumière polarisée. Pour y parvenir je vais utiliser une analogie.

Imagine que tu te tiennes face à un mur à 5 ou 6 mètres devant toi. Une corde est attachée à un crochet fixé dans le mur à ta hauteur, Tu tiens d'une main l'autre extrémité de la corde et tu la tends devant toi. Elle prend une position presque horizontale. Imagine encore que la corde est un peu souple, un peu élastique.
Imagine maintenant que tu donnes un coup sur la corde avec ton autre main. Cela va créer une sorte de vague sur la corde qui va se déplacer jusqu'au mur, et reviendra peut-être en retour vers toi après. Si tu frappes verticalement, la vague reste dans le plan vertical. Si tu frappes horizontalement, la vague reste dans le plan horizontal.
Imagine maintenant que quelqu'un s'approche de la corde avec un râteau ou un peigne et qu'il le place à cheval sur la corde. Les dents sont verticales. Si alors tu frappes sur ta corde verticalement, la vague traverse le râteau sans problème. Mais si tu frappes horizontalement, elle ne passera pas. L'oscillation qui traverse le dit râteau ne peut vibrer que dans le plan des dents du râteau. Elle est dite polarisée.
On va compliquer le tout. Imagine maintenant un 2ème personne qui s'approche avec un 2ème râteau, pour le mettre à cheval sur la corde, mai plus près du mur. Si elle le place comme le premier, la vague pourra passer. Mais si elle le place à angle droit par rapport au premier, aucune vague ne pourra passer. L'ensemble des deux râteaux ainsi croisés arrête toute oscillation quelle que soit le sens du choc initial. J'espère que tu m'as suivi jusque là.

Il existe des verres filtrants dits Polaroid (ou antireflets), qui se comportent un peu de la même façon avec la lumière. Quand on en prend deux et qu'on les place l'un derrière l'autre, ils forment un filtre transparent. mais si tu fais tourner l'un d'entre eux d'un quart de tour, Ils forment un ensemble absolument opaque, noir. La lumière ne passe pas à travers. Cela vaut la peine de faire cet essai en public. Tâche de procurer deux verres polaroid chez un opticien. Superpose les et regarde le ciel en les tournant l'un par rapport à l'autre.
On explique cela en remplaçant (par la pensée) la corde de tout à l'heure par le rayon de lumière. Les verres polaroids sont formés de molécules bien alignées, comme les dents du râteau ou du peigne. La lumière est comme la vibration de la corde, sauf qu'il n'y a pas de corde. La corde est remplacée par un champ électromagnétique. Peu importe pour toi. La lumière qui en traverse un polaroid est dite polarisée, et polarisée dans le sens des molécules du polaroid. L'oeil n'est pas sensible à ce phénomène.

On n'est pas au bout de nos peines. Si tu prends deux polaroids croisés, donc noirs, et que tu intercales une matière d'origine végétale entre les deux,comme un verre d'eau sucrée, tu verras, ô surprise, que la lumière passe de nouveau. Il faut même tourner un peu l'un des polaroids pour que l'obscurité soit rétablie. Cette expérience montre que le sucre et les matières végétales ont le pouvoir de faire tourner un peu le plan de polarisation de la lumière. On dit que le sucre possède une activité optique.
Cette 2ème expérience ne réussit pas bien avec la lumière du jour, car tu sais que la lumière blanche est un mélange des couleurs de l'arc-en-ciel. Or le sucre ne fait pas tourner toutes les couleurs du même angle. Donc il n'y aura jamais obscurité pour toutes les couleurs en même temps. Il faudrait faire cette expérience avec une ampoule d'une seule couleur jaune, verte ou bleue, et qu'on regarde cette lampe à travers le système des polaroids croisés. Le sucre n'a pas la même activité optique pour toutes les couleurs.

Au lieu de mettre du sucre entre les deux polaroids, on peut mettre des dérivés du cholestérol, qui forment ce qu'on appelle des cristaux liquides. Si on les place entre deux plaques électriques reliées aux deux bornes d'une pile, comme si on voulait faire une électrolyse, on constate que leur activité optique change. Si on éteint l'éclairage derrière, ils sont noirs. A 0 Volt, ils sont rouges, A +1 Volt, ils laissent passer la lumière jaune, A + 2 Volt, ils sont verts, etc. Parfois il n'y a pas d'éclairage derrière, et on emploie la lumière du jour.

Les écrans à cristaux liquides sont comme cela. Ils sont constitués de très nombreuses cellules très petites contenant une gouttelette de benzoate de cholestérol, entouré de 2 plaques, sur lesquelles on applique des tensions variées.

As-tu compris ?

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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 06 Août 2011, 15:22

Merci beaucoup pour tes explications ! ;-)

Mais du coup, désolée si je suis un peu "malcomprenante" :-D mais dans le cas de l'article sur la fabrication de l'afficheur je ne comprends pas l'absence de filtre polarisants... Dans tout ce que j'avais lu sur les cristaux liquides il est était question du coup c'est cette absence qui m'étonne ! Pour moi ces filtres sont nécessaires et collent tout à fait avec tes explications.

Concernant le benzoate de cholestérol, d'après wikipedia il s'agit d'une poudre blanche, du coup pour en déposer une goutte tu en fais une solution aqueuse ou alors tu utilises un autre solvant ? Je suppose qu'il ne faut pas que ce soit trop dilué, tu as une idée de la concentration appropriée ? Enfin sinon c'est pas grave on fera des essais au labo mais on va être un peu short entre la rentrée et la fête de la science (mi-octobre), c'est pour ça que je me renseigne dès maintenant...

En tout cas merci de ta réponse !
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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Maurice » 06 Août 2011, 21:59

Bien sûr que la cellule de cristal liquide est placée entre deux polariseurs croisés. J'ai omis de le dire dans les dernières lignes de mon développement,. Mais leur présence est essentiels.
Le benzoate de cholestérol est un solide, mais on l'utilise en solution aqueuse. J'en ignore la concentration. Le benzoate de cholestérol est le plus ancien cristal liquide connu. Mais on en a fait d'autres, comme le myristate de cholestérol, et sans doute des quantités d'autres que j'ignore. Je n'ai pas cherché à me maintenir à jour dans ce domaine.

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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 07 Août 2011, 12:06

Ah d'accord ! Bon ben je pense avoir plutôt bien compris...
En plus grâce à tes explications j'ai un peu plus d'idées de schémas et de maquettes pour le stand. Je vais avoir droit à une séance d'arts plastiques :-D
Par contre j'ai une dernière question sûrement très bête...

Dans le cas de deux verres polarisants (sans aucune substance entre les deux), la lumière passe totalement si les deux verres sont orientés de la même façon. Si je me souviens bien de mes TP de physique de lycée (ça date), l'extinction est progressive lorsque que l'on tourne le deuxième verre et elle est maximale/totale à 90°. Or, si la lumière était parfaitement polarisée après le premier filtre, logiquement il ne serait pas nécessaire de tourner le deuxième à 90°, un angle quelconque différent de 0° devrait suffire, non ? Pourquoi l'extinction est-elle progressive ?
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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar champo » 10 Août 2011, 00:21

Les filtres polarisants sont trés bon marché.Par contre, ceux que j'utilise couramment ne sont pas parfaitement clairs ni opaques complétement.Mais cela suffit pour la plupart des expériences sur la polarisation.Je crains que les filtres en verre des opticiens soient hors de prix.

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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 10 Août 2011, 16:31

champo a écrit :Les filtres polarisants sont trés bon marché.Par contre, ceux que j'utilise couramment ne sont pas parfaitement clairs ni opaques complétement.Mais cela suffit pour la plupart des expériences sur la polarisation.Je crains que les filtres en verre des opticiens soient hors de prix.


Le matériel ne pose à priori pas de soucis, au labo on a des thésards qui bossent pour St Gobain et au pire j'ai ma belle-mère qui est opticienne...
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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 27 Août 2011, 21:12

Hello !
Je n'ai pas trouvé de réponse à la question suivante :

Claire a écrit :Dans le cas de deux verres polarisants (sans aucune substance entre les deux), la lumière passe totalement si les deux verres sont orientés de la même façon. Si je me souviens bien de mes TP de physique de lycée (ça date), l'extinction est progressive lorsque que l'on tourne le deuxième verre et elle est maximale/totale à 90°. Or, si la lumière était parfaitement polarisée après le premier filtre, logiquement il ne serait pas nécessaire de tourner le deuxième à 90°, un angle quelconque différent de 0° devrait suffire, non ? Pourquoi l'extinction est-elle progressive ?


Est-ce-que quelqu'un a une idée ?
ça commence à me stresse, je me vois mal expliquer des choses que je ne maitrise pas totalement moi-même... :-/
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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Paradox » 27 Août 2011, 21:28

Ton extinction répond à la loi de Malus

Itransmise=Iincidente*cos²(θ)

avec θ l'angle entre tes deux polariseurs. On a bien l'extinction totale lorsque l'angle est de 90°, et l'extinction progressive que tu as décrite.

Pour le comprendre, il est nécessaire de passer par le modèle vectoriel de la lumière.

Les polariseurs jouent sur le champ électrique de celle-ci. Ils ne laissent passer que les ondes lumineuses dont le champ électrique est dans une direction donnée.

A la sortie du premier polariseur tu as donc une onde polarisée rectiligne d'amplitude A0. Lorsque celle-ci passe au travers du second polariseur (ou analyseur), on peut décomposer notre onde en une partie colinéaire à l'analyseur (qui passe), et une partie orthogonale (bloquée).
La projection nous donne en amplitude : A0.cos(θ).

Comme l'intensité observée est le carré de l'amplitude on a bien Itransmise=Iincidente*cos²(θ)

Voilà, j'espère que c'est clair. Parce que sans dessin c'est pas top à expliquer...

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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Paradox » 27 Août 2011, 22:04

D'autre part, en y réfléchissant, si l'on réalise un LCD réflectif (comme sur les écrans de calculatrices, montres etc.), la lumière passe deux fois dans le système LCD, et est donc atténuée deux fois.

La différence allumé/éteint serait sans doute plus flagrante, non ? A essayer #-/

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Re: Afficheur à cristaux liquides - Besoin d'aide

Messagepar Claire » 29 Août 2011, 21:50

Ok super ! Merci beaucoup pour ces précisions, là ça devient plus clair :oui:
Pour le système réflectif c'est une bonne remarque, j'y penserai si jamais on n'obtient pas les effets escomptés en transmission. Maintenant y a plus qu'à essayer les manips...
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