Matrice TN (Twisted Nematic) – comment fonctionne-t-elle et quelles sont ses caractéristiques ?

Histoire et développement de la technologie matricielle TN

La matrice TN est apparue dans les années 1970. Elle a fait ses débuts dans les années 1970 avec les premières calculatrices et montres numériques. Le nom TN est l’abréviation de nématique torsadée et provient des molécules de cristaux liquides torsadées qui sont un composant clé de cette technologie LCD . Initialement, les matrices TN avaient des capacités très limitées, ne permettant que l’affichage de simples nombres et caractères.

La percée a eu lieu dans les années 1990. ainsi que le développement des écrans couleur TN. Il est devenu possible d’obtenir une image en couleur en ajoutant des filtres RVB à chaque pixel. Les matrices TN étaient idéales pour une utilisation dans les moniteurs à cristaux liquides modernes, où la vitesse d’affichage du contenu dynamique était importante. Grâce à leur simplicité, leur faible prix de production et leur faible consommation d’énergie, les écrans TN ont rapidement dominé le marché des moniteurs et des écrans.

Cependant, au 21e siècle, de nouvelles technologies matricielles LCD telles que l’IPS et le VA ont commencé à apparaître, remplaçant progressivement les matrices TN. Avec une meilleure reproduction des couleurs et des angles de vision plus larges, ils ont obtenu de meilleurs résultats dans les applications nécessitant une qualité d’image élevée, en particulier sur les téléviseurs modernes.

Néanmoins, en raison d’avantages tels que le faible prix et la faible consommation d’énergie, les matrices TN sont encore largement utilisées. Ils sont facilement utilisés dans les moniteurs et les téléviseurs moins chers, ainsi que dans l’électronique mobile. On les retrouve dans les équipements industriels, médicaux et militaires, ainsi que dans les anciens modèles d’ordinateurs portables. Grâce au développement technique continu, les matrices TN continuent d’occuper une place importante sur le marché de l’électronique industrielle et grand public.

Matrice TN – construction et principe de fonctionnement

La matrice LED TN classique se compose de deux substrats de verre recouverts d’une couche transparente et conductrice d’ITO (oxyde d’indium et d’étain). Entre les substrats se trouve une couche de cristaux liquides. De l’extérieur, la matrice est recouverte de polariseurs disposés perpendiculairement les uns aux autres.

À l’état naturel, les molécules du cristal liquide sont tordues de 90 degrés, ce qui provoque une rotation du plan de polarisation de la lumière pénétrant dans la couche TN. Cela permet aux rayons lumineux de passer à travers les deux polariseurs et le pixel s’éclaircit.

D’autre part, lorsqu’une tension électrique est appliquée, les particules TN s’alignent parallèlement aux plans du verre. Ensuite, le plan de polarisation de la lumière ne tourne pas et est bloqué par le deuxième polariseur. En conséquence, le pixel s’assombrit.

En ajustant la tension, vous pouvez contrôler avec précision le degré de torsion des molécules de cristaux liquides, et donc la luminosité de chaque pixel. Cela permet d’afficher l’image en niveaux de gris et en couleur lorsque des filtres RVB sont ajoutés. Un contrôle précis de la tension pour des centaines de milliers de pixels permet aux matrices TN d’afficher des images et des vidéos nettes.

Les matrices TN modernes bénéficient d’un certain nombre d’améliorations pour améliorer la qualité de l’image. Il s’agit notamment d’un rétroéclairage LED amélioré, d’une réduction des traînées et de l’éblouissement, ou d’une profondeur de couleur accrue. Cependant, les bases du fonctionnement sont restées les mêmes depuis des décennies : réguler la torsion des molécules de cristaux liquides avec une tension électrique.

Types de matrices TN

Au fil des années de développement, plusieurs variétés de matrices TN ont été développées, avec différents paramètres :

• STN – Super Twisted Nematic – ce type de matrice TN a un contraste plus élevé, une tension plus basse
• FSTN – Film Compensated STN – l’application d’un filtre compensatoire sur l’un des polariseurs augmente le contraste et les angles de vision
• DFSTN (ou FFSTN) – Double Film ST N – double couche de filtres STN, contraste et angles de vision encore meilleurs
• HTN – High Twisted Nematic – torsion très élevée des molécules et angle de polarisation différent, donc fonctionnement à basse tension, large plage de température de fonctionnement
• VATN (Vertical Alignment Twisted Nematic) – repose sur l’alignement naturel des cristaux liquides verticalement offrant un contraste plus élevé, des noirs profonds, de meilleurs angles de vision et aucune inversion en niveaux de gris, mais la résolution est limitée à 16 pixels

Chacune de ces technologies a des applications différentes, en fonction des exigences techniques du produit.

Avantages et applications de la matrice TN

Les matrices TN présentent de nombreux avantages qui leur ont donné une position dominante sur le marché depuis des décennies :

• Faible prix de production, grâce à une conception simple et à l’absence de composants supplémentaires
• Faible consommation d’énergie, fonctionnement possible sur batterie
• Temps de réponse rapide, 2-5 ms, prise en charge du contenu dynamique
• Luminosité et contraste élevés, bonne reproduction des couleurs
• Capacité à produire de grandes diagonales, même au-dessus de 40″

Ces caractéristiques rendent la matrice TN adaptée à un large éventail d’applications :

• Moniteurs et écrans LCD
• Électronique dans les équipements industriels, médicaux, militaires
• Panneaux d’affichage, panneaux d’affichage, écrans dans les distributeurs automatiques

• Ordinateurs portables, calculatrices, montres, appareils photo numériques plus anciens

Les principaux inconvénients du TN sont une reproduction des couleurs inférieure et un contraste plus faible, par rapport aux matrices IPS ou OLED, ainsi que des angles de vision étroits. Par conséquent, les matrices IPS et VA sont plus couramment utilisées dans les téléviseurs plus récents. Cependant, les avantages du TN déterminent toujours leur popularité dans de nombreux domaines de l’électronique industrielle.

Comparaison des matrices TN avec les technologies IPS et VA

Matrice TN vs IPS

Par rapport aux matrices IPS populaires, les écrans TN se caractérisent par :

• Angles de vision plus étroits, ce qui limite la lisibilité de l’image présentée
• Reproduction des couleurs plus faible et reproduction des noirs inférieure
• Temps de réponse plus rapide – par exemple, 2-5 ms pour TN contre 5-15 pour IPS
• Prix de production inférieur grâce à une conception plus simple

Pour ces raisons, les matrices IPS sont meilleures là où la qualité d’image est importante, c’est-à-dire dans les moniteurs graphiques professionnels ou les équipements industriels modernes, tels que les IHM.

Matrice TN vs VA

En ce qui concerne les matrices VA, les écrans TN se caractérisent par :

• Contraste plus faible et reproduction des noirs plus médiocre
• Angles de vision légèrement plus étroits
• Temps de réponse plus rapide : 2-5 ms (TN) contre 15-30 ms (VA)

Grâce à leur rapport de contraste plus élevé, les matrices VA sont mieux adaptées à la visualisation de vidéos et de photos, où la qualité d’image compte.

Résumé et avenir des matrices TN

En conclusion, les matrices nématiques torsadées ont dominé le marché de l’électronique grand public pendant de nombreuses années en raison de leur simplicité, de leurs faibles coûts de production et de leur faible consommation d’énergie. Ils font partie intégrante des moniteurs, des téléviseurs, des ordinateurs portables et de nombreux autres appareils. Cependant, dans les applications les plus récentes nécessitant une qualité d’image élevée, elles sont de plus en plus remplacées par de nouvelles technologies telles que l’IPS ou l’AV.

L’avenir des matrices TN est donc incertain. D’une part, leurs avantages continuent de déterminer leur popularité dans de nombreux domaines. D’autre part, les avancées technologiques en matière d’affichage se détournent progressivement de TN au profit de solutions plus modernes. Cependant, même si les bases de la technologie TN sont repoussées, en tant que fabricant d’écrans , nous pensons que la connaissance de la technologie TN reste extrêmement précieuse pour chaque ingénieur en électronique et en affichage.