Etat de l’art sur l’optimisation du temps de réponse des SLM à base de technologie IPS

technologie IPS

Dans les chapitres 1 et 2, nous avons vu que le temps de réponse pouvait être amélioré en changeant la nature du cristal liquide ou en introduisant un circuit d’adressage complexe.

Cependant, nous nous sommes fixés comme objectif d’obtenir un SLM simple à fabriquer, ne nécessitant pas de circuit d’adressage et utilisant des cristaux liquides disponibles dans le commerce.

Dans la littérature, plusieurs propositions d’architectures réduisant le temps de réponse existent. Nous allons les passer en revue dans les paragraphes suivants. Ces architectures sont relativement simples et n’utilisent pas de circuit CMOS complexe.

Une des solutions proposées utilise une configuration IPS-HA basique avec des polariseurs croisés. En rajoutant une électrode transparente sur le substrat du haut, cette configuration permet de faire pivoter les molécules à la verticale en rajoutant une électrode transparente sur le substrat du haut. Dans le cas d’une configuration « normally black », les électrodes d’adressages de la partie IPS mettent la cellule à l’état « ON ». Une fois que les électrodes d’adressages ne sont plus adressées, les molécules sont ramenées électriquement à l’état vertical en adressant l’électrode transparente. Enfin, la relaxation mécanique prend le relai pour ramener les molécules à leur état initial. Ce principe est résumé sur la figure 107.

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Figure 107 : Principe de fonctionnement de la configuration hybride IPS et VA

L’avantage de cette méthode réside dans le fait que la relaxation mécanique est camouflée optiquement grâce à l’orientation des polariseurs. Dans ce cas, le passage de l’état horizontal à vertical s’effectue électriquement dans un temps de l’ordre de la milliseconde voir moins. D’où une transmittance qui tend vers zéro très rapidement (autour de 1 ms) car le reste du mouvement des molécules est camouflé optiquement. Le temps de montée peut lui aussi être amélioré en utilisant un « overshoot » dans le pulse d’adressage. Ce pulse d’adressage correspond à une augmentation de la tension d’adressage pendant un temps très court (de l’ordre de 1 à 2ms) avant de revenir à une valeur plus faible pour ne pas perturber la fonction de transmission [92]–[95].

Cette méthode a néanmoins plusieurs désavantages. Le premier est l’adressage d’une électrode supplémentaire permettant le passage des molécules à l’état vertical. Cet état supplémentaire risque de modifier le contraste de la cellule et nous risquons de perdre le du contraste élevé sur un grand angle offert par l’IPS. De plus, si cette méthode est utilisée pixel par pixel, il faudra utiliser un circuit CMOS permettant de contrôler l’électrode localement sur le substrat supérieur. Le temps de fabrication et le coût d’une électrode transparente et d’un circuit CMOS sont plus élevés. Il faut garder à l’esprit qu’une électrode transparente pixélisée peut absorber une partie de la lumière et générer des réflexions parasites.

D’autres solutions existent telles que l’utilisation d’un obturateur directement intégré dans les cristaux liquides. Cette solution a été proposée dans l’article de Heo et al. [62] mais nécessite l’utilisation de cristaux liquides particuliers.

Dans l’introduction nous avons indiqué que des recherches préliminaires ont été effectuées dans le laboratoire LVE sur les micro-SLM à temps de réponse rapide. Ces recherches étaient liées à la problématique de la diminution du temps de réponse d’une cellule IPS tout en gardant ces avantages de performances et de simplicité de fabrication. Ces recherches avaient pour but de créer un SLM capable d’adresser un système de type séquentiel couleur qui nécessite avec un temps de rafraîchissement très rapide.

Ces recherches ont abouti à une architecture IPS-HA proposant deux paires d’électrodes positionnées à 90° l’une de l’autre. Contrairement à la configuration présentée précédemment, les molécules restent dans le plan et tous les avantages de l’IPS sont conservés. Cette nouvelle configuration est présentée sur le schéma ci-dessous :

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Figure 108 : Schéma simplifiée d'une matrice de pixel comportant un transistor et des électrodes d'effacements [6]

La figure 108, représente une configuration IPS-HA avec deux paires d’électrodes perpendiculaires l’une par rapport à l’autre : (EP/CE) et (𝐸𝐹_𝑗 /𝐸𝐹_𝑗+1). Sur cette figure, sont représentés 2 pixels complets avec le transistor d’adressage Q (le carré en pointillés gris). Ces pixels sont adressés par les lignes 𝐿_𝑗 et 𝐿_𝑗+1 ainsi que par les colonnes 𝐶_𝑗 et 𝐶_𝑗+1.

Au départ l’électrode pixel « Ep » génère un champ 𝐸⃗ entre lui-même et la contre électrode CE. Ce qui permet, dans le cas d’une configuration IPS-HA avec un Δε > 0 d’orienter les molécules parallèlement au champ 𝐸⃗ .

Dans un deuxième temps, les électrodes d’effacement (ou de retour) prennent le relais et un champ électrique 𝐸⃗ ′ est généré entre 𝐸𝐹𝑗 et 𝐸𝐹𝑗+1. Si les molécules à l’état initial sont placées parallèlement à 𝐸⃗ ′ lorsque 𝐸⃗ ′ est généré, les molécules seront ramenées à l’état initial électriquement.

Les technologies présentées sur les figure 107 et figure 108 utilisent toutes les deux des champs électriques pour accélérer la relaxation mécanique des molécules.

Ces technologies sont adaptées pour des petits pixels, car l’utilisation de l’IPS permet de réduire facilement l’espace interélectrodes et donc la taille du pixel.

En comparant les deux technologies et au vu du fonctionnement de l’architecture présentée sur la figure 108, nous pouvons en déduire que celle-ci n’a pas les désavantages de l’architecture précédente (cf figure 107) . En effet, avec cette configuration, il est possible de garder toutes les électrodes sur le même substrat contrairement à l’architecture présentée précédemment qui propose d’utiliser des électrodes d’effacement sur le substrat du haut. Nous gardons ici les performances et la simplicité de fabrications de l’IPS.

Les recherches effectuées au laboratoire LVE détaillent uniquement le principe de fonctionnement de deux paires d’électrodes positionnées à 90° l’une de l’autre. Aucune information n’est disponible sur les performances et le design de cette architecture. Au vu des avantages qu’elle offre, l’architecture présentée à la figure 108 a été retenue et nous étudierons ces performances en fonction des différentes positions possibles des électrodes de retour. Nous discuterons ensuite des applications possibles des différentes variantes.

Avant de commencer l’étude, nous allons tout d’abord expliquer le fonctionnement de la modulation d’amplitude avec LCDMaster. Comme dans le chapitre 3, un travail de simulation sera effectué grâce au logiciel LCDMaster 3D. Le protocole de test ainsi que le paramétrage de la cellule seront abordés.

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