L'écran plat (FPD) est devenu la norme pour les téléviseurs du futur. C'est une tendance générale, mais il n'existe pas de définition précise. Généralement, ce type d'écran est fin et ressemble à un écran plat. Il existe de nombreux types d'écrans plats. Selon le support d'affichage et le principe de fonctionnement, on distingue les écrans à cristaux liquides (LCD), les écrans plasma (PDP), les écrans électroluminescents (ELD), les écrans électroluminescents organiques (OLED), les écrans à émission de champ (FED), les écrans de projection, etc. De nombreux écrans plats sont fabriqués en granit, car sa base offre une meilleure précision et de meilleures propriétés physiques.
tendance de développement
Comparé au tube cathodique (CRT) traditionnel, l'écran plat présente les avantages suivants : finesse, légèreté, faible consommation d'énergie, faible rayonnement, absence de scintillement et bienfaits pour la santé. Ses ventes mondiales ont dépassé celles du CRT. D'ici 2010, on estime que le ratio de leurs ventes atteindra 5:1. Au XXIe siècle, les écrans plats deviendront les produits phares du secteur de l'affichage. Selon les prévisions du célèbre cabinet Stanford Resources, le marché mondial des écrans plats passera de 23 milliards de dollars américains en 2001 à 58,7 milliards de dollars américains en 2006, avec une croissance annuelle moyenne de 20 % au cours des quatre prochaines années.
Technologie d'affichage
Les écrans plats sont classés en écrans à émission de lumière active et écrans à émission de lumière passive. Les premiers désignent les dispositifs d'affichage dont le support d'affichage émet lui-même de la lumière et fournit un rayonnement visible, notamment les écrans plasma (PDP), les écrans fluorescents sous vide (VFD), les écrans à émission de champ (FED), les écrans électroluminescents (DEL) et les écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED). Les seconds signifient qu'ils n'émettent pas de lumière par eux-mêmes, mais utilisent le support d'affichage pour être modulés par un signal électrique. Leurs caractéristiques optiques changent, modulant la lumière ambiante et la lumière émise par une source d'alimentation externe (rétroéclairage, source lumineuse de projection), et la restituant sur l'écran. Les dispositifs d'affichage comprennent les écrans à cristaux liquides (LCD), les écrans à système microélectromécanique (DMD) et les écrans à encre électronique (EL), etc.
écran LCD
Les écrans à cristaux liquides comprennent les écrans à matrice passive (PM-LCD) et les écrans à matrice active (AM-LCD). Les écrans à cristaux liquides STN et TN appartiennent tous deux à la catégorie des écrans à matrice passive. Dans les années 1990, la technologie des écrans à matrice active s'est rapidement développée, notamment l'écran à cristaux liquides à transistors en couches minces (TFT-LCD). En remplacement de l'écran STN, il offre les avantages d'une réactivité rapide et d'une absence de scintillement. Il est largement utilisé dans les ordinateurs et stations de travail portables, les téléviseurs, les caméscopes et les consoles de jeux vidéo portables. La différence entre l'AM-LCD et le PM-LCD réside dans l'ajout de dispositifs de commutation à chaque pixel, ce qui permet de surmonter les interférences croisées et d'obtenir un affichage à contraste et résolution élevés. L'AM-LCD actuel adopte un dispositif de commutation TFT en silicium amorphe (a-Si) et un système de condensateur de stockage, permettant d'obtenir des niveaux de gris élevés et un affichage en couleurs fidèles. Cependant, le besoin de haute résolution et de petits pixels pour les applications de caméra et de projection haute densité a stimulé le développement des écrans TFT (transistors en couches minces) en P-Si (polysilicium). La mobilité du P-Si est 8 à 9 fois supérieure à celle du a-Si. La petite taille du TFT en P-Si est non seulement adaptée aux écrans haute densité et haute résolution, mais permet également l'intégration de circuits périphériques sur le substrat.
Globalement, l'écran LCD est adapté aux écrans fins, légers, de petite et moyenne taille, à faible consommation d'énergie. Il est largement utilisé dans les appareils électroniques tels que les ordinateurs portables et les téléphones portables. Des écrans LCD de 30 et 40 pouces ont été développés avec succès, et certains sont déjà en service. Grâce à la production à grande échelle, les coûts d'affichage LCD ne cessent de baisser. Un écran LCD de 15 pouces est disponible à 500 dollars. Son développement futur vise à remplacer l'écran cathodique des PC et à l'intégrer aux téléviseurs LCD.
Écran plasma
L'écran plasma est une technologie d'affichage électroluminescente utilisant le principe de la décharge gazeuse (comme l'atmosphère). Les écrans plasma présentent les avantages des tubes cathodiques, mais sont fabriqués sur des structures très fines. La taille la plus courante des produits est de 40 à 42 pouces. 50 à 60 pouces sont en cours de développement.
fluorescence sous vide
Un écran fluorescent sous vide est un dispositif d'affichage largement utilisé dans les produits audio/vidéo et les appareils électroménagers. Il s'agit d'un tube électronique à triode encapsulant la cathode, la grille et l'anode. Les électrons émis par la cathode sont accélérés par la tension positive appliquée à la grille et à l'anode, ce qui stimule le phosphore déposé sur l'anode et lui permet d'émettre de la lumière. La grille adopte une structure en nid d'abeille.
électroluminescence)
Les écrans électroluminescents sont fabriqués à l'aide de la technologie des couches minces à semi-conducteurs. Une couche isolante est placée entre deux plaques conductrices, puis une fine couche électroluminescente est déposée. Le dispositif utilise des plaques zinguées ou strontiées à large spectre d'émission comme composants électroluminescents. Sa couche électroluminescente, d'une épaisseur de 100 microns, permet d'obtenir un affichage aussi net qu'un écran à diode électroluminescente organique (OLED). Sa tension de commande typique est de 10 kHz et 200 V CA, ce qui nécessite un circuit intégré de commande plus coûteux. Un micro-écran haute résolution utilisant un système de commande à matrice active a été développé avec succès.
dirigé
Les écrans à diodes électroluminescentes (DEL) sont composés d'un grand nombre de diodes électroluminescentes, monochromes ou multicolores. Des diodes électroluminescentes bleues à haut rendement sont désormais disponibles, permettant de produire des écrans LED couleur grand format. Ces écrans se caractérisent par une luminosité élevée, un rendement élevé et une longue durée de vie, et conviennent parfaitement aux grands écrans d'extérieur. Cependant, cette technologie ne permet pas de réaliser d'écrans milieu de gamme pour moniteurs ou PDA (ordinateurs de poche). Le circuit intégré monolithique à LED peut toutefois être utilisé comme écran virtuel monochrome.
MEMS
Il s'agit d'un micro-écran fabriqué grâce à la technologie MEMS. Dans ce type d'écran, des structures mécaniques microscopiques sont fabriquées en traitant des semi-conducteurs et d'autres matériaux selon des procédés standard. Dans un dispositif à micromiroir numérique, la structure est un micromiroir soutenu par une charnière. Ces charnières sont actionnées par les charges des plaques connectées à l'une des cellules mémoire situées en dessous. La taille de chaque micromiroir est approximativement égale au diamètre d'un cheveu humain. Ce dispositif est principalement utilisé dans les projecteurs commerciaux portables et les projecteurs home cinéma.
émission de champ
Le principe de base d'un écran à émission de champ est le même que celui d'un tube cathodique : les électrons sont attirés par une plaque et percutés par un phosphore déposé sur l'anode pour émettre de la lumière. Sa cathode est composée d'un grand nombre de minuscules sources d'électrons disposées en réseau, c'est-à-dire sous la forme d'un réseau d'un pixel et d'une cathode. Tout comme les écrans plasma, les écrans à émission de champ nécessitent des tensions élevées pour fonctionner, comprises entre 200 V et 6 000 V. Cependant, ils ne sont pas encore devenus un écran plat courant en raison du coût élevé de leurs équipements de production.
lumière organique
Dans un écran à diodes électroluminescentes organiques (OLED), un courant électrique traverse une ou plusieurs couches de plastique pour produire une lumière similaire à celle des diodes électroluminescentes inorganiques. Un écran OLED nécessite donc un empilement de films solides sur un substrat. Cependant, les matériaux organiques sont très sensibles à la vapeur d'eau et à l'oxygène ; l'étanchéité est donc essentielle. Les OLED sont des dispositifs électroluminescents actifs qui présentent d'excellentes caractéristiques lumineuses et une faible consommation d'énergie. Leur potentiel de production en série, par procédé rouleau par rouleau sur substrats flexibles, est considérable et leur fabrication est donc très économique. Cette technologie offre un large éventail d'applications, du simple éclairage monochrome de grande surface aux écrans graphiques vidéo couleur.
Encre électronique
Les écrans à encre électronique sont des écrans contrôlés par l'application d'un champ électrique à un matériau bistable. Il est constitué d'un grand nombre de sphères transparentes micro-scellées, chacune d'environ 100 microns de diamètre, contenant un liquide noir coloré et des milliers de particules de dioxyde de titane blanc. Lorsqu'un champ électrique est appliqué au matériau bistable, les particules de dioxyde de titane migrent vers l'une des électrodes selon leur état de charge. Le pixel émet alors ou non de la lumière. Grâce à sa bistable, le matériau conserve les informations pendant des mois. Son état de fonctionnement étant contrôlé par un champ électrique, le contenu affiché peut être modifié avec une très faible consommation d'énergie.
détecteur de flamme
Détecteur photométrique de flamme FPD (Flame Photometric Detector, FPD en abrégé)
1. Le principe du FPD
Le principe du FPD repose sur la combustion de l'échantillon dans une flamme riche en hydrogène. Après combustion, les composés soufrés et phosphorés sont réduits par l'hydrogène, ce qui génère les états excités de S2* (l'état excité de S2) et de HPO* (l'état excité de HPO). Ces deux substances excitées émettent des spectres autour de 400 nm et 550 nm lorsqu'elles reviennent à leur état fondamental. L'intensité de ce spectre est mesurée à l'aide d'un tube photomultiplicateur, et l'intensité lumineuse est proportionnelle au débit massique de l'échantillon. Le FPD est un détecteur hautement sensible et sélectif, largement utilisé dans l'analyse des composés soufrés et phosphorés.
2. La structure du FPD
Le FPD est une structure combinant un FID et un photomètre. Initialement conçu comme un FPD à flamme unique, il a été développé après 1978, afin de pallier les défauts de ce type de FPD. Il est doté de deux flammes air-hydrogène distinctes : la flamme inférieure convertit les molécules de l'échantillon en produits de combustion contenant des molécules relativement simples telles que S2 et HPO ; la flamme supérieure produit des fragments luminescents à l'état excité tels que S2* et HPO*. Une fenêtre est orientée vers la flamme supérieure et l'intensité de la chimiluminescence est détectée par un tube photomultiplicateur. La fenêtre est en verre dur et la buse de flamme est en acier inoxydable.
3. Les performances du FPD
Le FPD est un détecteur sélectif pour la détermination des composés soufrés et phosphorés. Sa flamme est riche en hydrogène, et l'apport d'air ne permet de réagir qu'avec 70 % de l'hydrogène. La température de la flamme est donc basse pour générer du soufre et du phosphore excités. Fragments de composés. Le débit du gaz vecteur, de l'hydrogène et de l'air a une grande influence sur le FPD ; le contrôle du débit de gaz doit donc être très stable. Pour la détermination des composés soufrés, la température de la flamme doit être d'environ 390 °C, ce qui permet de générer du S₂* excité ; pour la détermination des composés phosphorés, le rapport hydrogène/oxygène doit être compris entre 2 et 5, et le rapport hydrogène/oxygène doit être modifié en fonction des différents échantillons. Le gaz vecteur et le gaz d'appoint doivent également être correctement ajustés pour obtenir un bon rapport signal/bruit.
Date de publication : 18 janvier 2022