Vidéoprojecteur DIY/TFT / LCD

Aspect technique

Pour que l’on comprenne bien comment tirer le meilleur de la dalle LCD pour construire son vidéoprojecteur, il est nécessaire de rappeler les bases et le fonctionnement général. Je vais donc vous expliquer ce qu’est la lumière (dans sa forme ondulatoire), la polarisation de la lumière, et pourquoi on a besoin de ça dans les écrans LCD.

La lumière (dans sa forme ondulatoire)

La lumière (dans sa forme ondulatoire)

Un rayon de lumière est une onde électromagnétique qui se propage à la vitesse constante C =300 000 km/s. Cela signifie qu’il est composé d’un champ magnétique B (figure 1 sur l’image ci-dessus) et d’un champ électrique E (figure 2). Dans une onde électromagnétique (donc dans un rayon lumineux), ces deux champs sont disposés dans des plans perpendiculaires (figure 3). Pour simplifier les représentations, on a l’habitude de ne schématiser l’onde électromagnétique que par une flèche représentant le champ électrique (figure 4), car c’est le seul auquel l’œil humain est sensible. Le champ magnétique peut facilement être déduit. Or, la lumière émise par la HQI n’est pas polarisée : cela signifie qu’elle est composée d’une multitude de rayons lumineux dont les champs électriques ne sont pas dans le même plan (figure 5). Un filtre polarisant a pour but de ne laisser passer que les rayons lumineux dont le champ électrique est contenu dans un groupe restreint de plans.

Les filtres polarisants de la dalle LCD

Les filtres polarisants de la dalle LCD

Pour simplifier la représentation de l’ensemble des champs de polarisation possibles, j’utiliserai des disques plutôt que des flèches (figure 1 sur l’image ci-dessous). Le premier filtre polarisant (figure 2), situé avant la dalle LCD ne laisse passer, dans le meilleur des cas, que 50% des champs de polarisation possibles. On a donc nécessairement une perte lumineuse d’au moins 50% sur le premier filtre polarisant. Le second filtre polarisant (figure 3) filtre également 50% des champs de polarisation possibles, mais il est tourné de 90° par rapport au 1er filtre polarisant. Les plans de polarisation qu’il laisse passer sont donc ceux que le 1er filtre polarisant bloque, et inversement.

Application au LCD

• cas idéal où le LCD fait passer toute la lumière

cas idéal où le LCD fait passer toute la lumière

Les cristaux liquides situés dans la dalle LCD ont un effet important sur la polarisation de la lumière : à l’état de repos (c’est à dire non excités par une tension électrique, ou une chaleur trop importante), ils font pivoter le champ de polarisation des rayons lumineux de 90°. Ainsi, l’image ci-dessous présente le cas ou le cristal liquide n’est pas excité : il permet ainsi de faire tourner la polarisation de la lumière qui peut alors franchir le deuxième filtre polarisant. Remarquez sur ce schéma la présence du filtre coloré : en fait un pixel est composé de 3 sous-pixels Rouge, Vert, ou Bleu (regardez en détail l’image projetée par votre VP, vous les verrez distinctement). Or un filtre coloré ne laisse passer qu’une couleur primaire sur 3, donc laisse passer au maximum 33% de la lumière qui lui parvient.

• cas idéal où le LCD ne fait passer aucune lumière

cas idéal où le LCD ne fait passer aucune lumière

Quand une tension est appliquée au cristal LCD, les cristaux se "couchent" et ne remplissent plus pleinement leur rôle de rotation du champ de polarisation de la lumière. Plus la tension est importante, plus les cristaux se couchent, moins le champ de polarisation pivote, et plus la lumière est bloquée par le filtre polarisant 2. On peut ainsi régler la quantité de lumière qui doit passer en appliquant une tension plus ou moins forte sur le cristal. Dans la technologie TFT, ce sont des transistors situés sous la grille (oui, c’est très petit) qui appliquent cette tension.

Pertes lumineuses / Remarques

• Dans le meilleur des cas, nous avons vu que le 1er filtre polarisant laisse passer au maximum 50% de la lumière, et le filtre coloré au maximum 33% de la lumière. Le rendement maximal d’une dalle LCD est donc de 50% x 33% = 16,67 %. On a donc au minimum 83,33% de pertes lumineuses lors du franchissement de la dalle LCD.

• Tout comme la tension électrique, la chaleur excite aussi le cristal liquide. Ainsi, si vous n’avez pas de filtre devant votre HQI (comme un verre trempé épais ou en borosilicate), les émissions IR de la HQI vont réchauffer la dalle par rayonnement, ce qui fait le champ de polarisation de la lumière ne sera plus pivoté : vous verrez alors apparaître une grosse tache sombre sur votre image (la fameuse "tache noire").

Une autre perte lumineuse : l’antiglare

Sur la majorité des écrans plats, les constructeurs collent une sorte de plastique transparent / légèrement translucide qui permet d’obtenir un angle de vue supérieur. On peut l’identifier en constatant une réflexion diffuse lorsque l’on regarde la face concernée (comparé à la surface miroitante de l’autre côté) lorsqu’il est sur la dalle, c’est un film plastique similaire aux bien connus transparents, il est incolore, et parfois assez épais.

Dans notre application, cette couche engendre :

• une perte de netteté : les rayons lumineux n’étant plus parallèles entre eux, voir déformés, ne forment plus un affichage précis en projection, les couleurs de chaque pixel bavent.
• une perte de luminosité si celui ci est placé entre la source lumineuse et la dalle : la lumière doit suivre une trajectoire au maximum perpendiculaire à l’écran pour que l’écran en laisse passer un maximum.

Il est donc utile de retirer cette couche en faisant très attention de ne pas retirer un filtre polarisant situé juste derrière. Le retrait dépend de la fabrication de l’écran. Souvent, la colle de l’antiglare se dissout à l’eau, on applique donc un essuie-tout imbibé d’eau (déminéralisé de préférence pour ne pas abîmer les circuits électroniques, voire pure) sur la couche antiglare pendant une durée comprise entre 3 et 4h, rarement plus de 48h. Par capillarité l’eau devrait dissoudre la colle, et le retrait s’effectuer très facilement. En utilisant une fine lame on enlève soigneusement la couche en vérifiant de ne pas enlever le filtre polarisant avec. Il se peut que quelques traces de colle restent, il est possible de les enlever avec un dissolvant au pire des cas.

Les différents écrans plats

Les écrans les plus utilisés sont:

• ’’’3.5"’’’ : Primeview, 640*480
• ’’’4" & 5"’’’ : Écran de PSone ou de Game Cube. Résolution limitée.
• ’’’7"’’’ : Lilliput, 16/9, 800*480
• ’’’8"’’’ : Hami, 4/3, 800*600
• ’’’10.4"’’’ : Toshiba, 4/3, 1024*768
• ’’’10.6"’’’ : Samsung, 16/10, 1280*768
• ’’’15"’’’ : Dans cette catégorie le choix est vaste.
• ’’’15.4"’’’ : Iisonic, 1280*800, écran type widescreen adapté au 720p.

Choisir son écran

Pour reconnaître les différentes résolutions :

PC

• QXGA : 2048 x 1536

• WUXGA : 1920 x 1200

• UXGA : 1600 x 1200
• WSXGA :1600 x 1024 ou 1600 x 900

• SXGA : 1280 x 1024
• WXGA : 1280 x 768 ou 1366 x 768
• XGA : 1024 x 768
• SVGA : 800 x 600
• VGA : 640 x 480

Vidéo

• 1080i/p : 1920 x 1080
• 720i/p : 1280 x 720
• 480i/p : 720 x 480
• PAL : 720 x 576
• NTSC : 720 x 480
• CIF (NTSC) :352 x 240
• CIF (PAL) :352 x 288

Écran "déportable" ou pas ?

Pour nos VP DIY il nous faut des écrans TFT dont l’électronique est déportable. Pour comprendre pourquoi il faut bien maîtriser le schéma suivant [1]

Rien ne doit empêcher la lumière de passer de l’ampoule à l’objectif. En conséquence, l’électronique de l’écran doit pouvoir être "déportée", c’est à dire mise à 90 degrés de façon à ce quelle ne soit pas sur le passage de la lumière.

Un exemple d’écran non déportable : [2]
On voit bien en haut à droite qu’on ne peut pas mettre l’électronique à 90 degrés (par rapport à l’écran), en effet la nappe reliant les deux parties électroniques est trop courte.

Un autre écran non déportable: [3]

Maintenant un écran déportable : [4]
On voit bien que l’électronique n’est pas sur la dalle de l’écran.

Afin de faciliter la recherche d’écrans déportables, une liste [5] a été créée par Pimal puis reprise par macao45.

Solutions pour les écrans non déportables

Votre écran n’est pas déportable ? Pas de panique, il existe des solutions :

• Rallonger la ou les nappes qui gênent

pour cela il faut soit acheter des nappes plus longues (même pitch même nombre de contacts) soit souder fil par fil pour rallonger (attention il faut savoir manier le fer à souder et bien y voir) http://wizard560.free.fr/wizardbox/soudures1.jpg

Avec une nappe supplémentaire on peut faire une presse pour que les contacts se fassent http://gusd0076.free.fr/VPhdtv/Photo9.jpg

On peut acheter une rallonge pour rallonger de la nappe qui gène.

• Réduire la surface de projection grâce au logiciel powerstrip

tuto pour powerstrip [6]