Comment fonctionnent les afficheurs TFT
Introduction
Les écrans TFT (transistor en couche mince) sont omniprésents de nos jours et trouvent des applications de plus en plus variées. Il n’y a pas si longtemps, un écran LCD (affichage à cristaux liquides) ou GLCD (LCD graphique) suffisait pour la plupart des applications embarquées, mais les exigences et les attentes des utilisateurs étant plus élevées aujourd’hui, les ingénieurs électroniques doivent intégrer des technologies plus complexes dans leurs produits pour rester compétitifs.
La technologie d’affichage est complexe et cet article ne vise pas à approfondir tous les aspects de celle-ci, mais plutôt à fournir un aperçu pratique assez détaillé.
Comment fonctionne un TFT
Cela est similaire aux GLCDs, sauf que les TFT sont en couleur plutôt qu’en monochrome. Pour produire une image en couleur, chaque pixel se compose de sous-pixels rouges, verts et bleus (les couleurs primaires de la lumière) ; la luminosité de chaque sous-pixel peut être contrôlé individuellement, et lorsque les sous-pixels sont vus de suffisamment loin, ils se combinent pour ressembler à un seul pixel d’une couleur donnée.
Avec les TFT, les transistors contrôlant les pixels sont intégrés dans les pixels eux-mêmes (plutôt que les transistors situés dans un circuit de contrôle externe), ce qui permet des taux de rafraîchissement rapides et un contrôle précis de la luminosité, parmi d’autres avantages (les inconvénients sont le coût plus élevé et la consommation d’énergie).
Fonctionnement d'un TFT
La matrice de pixels (sous-pixels) dans le TFT est contrôlée par une ligne (fil) pour chaque rangée et chaque colonne. À l’intérieur du TFT se trouve une puce contrôleur (par exemple, ILI6480, HX8257A, ILI9341) qui est connectée à ses sorties à chaque rangée et chaque colonne de la matrice de pixels (sous-pixels).
Parce que les TFT sont des « matrices actives » (par opposition aux « matrices passives »), les pixels doivent être constamment rafraîchis pour maintenir l’affichage (les pixels dans un affichage « matrice passive » conservent leur réglage jusqu’à modification).
Selon la puce de commande, nous aurons une ou plusieurs interfaces d’entrée.
Interface RGB parallèle
L’une des interfaces d’entrée les plus courantes dans les applications embarquées est l’interface RGB parallèle. Voici un exemple de brochage pour une interface RGB parallèle à 40 broches :
Chaque pixel possède 8 bits de données pour chacun des canaux rouge, vert et bleu (total de 24 bits). Une horloge de pixel est utilisée pour horodater les données ; un signal de synchronisation verticale est utilisé pour indiquer le début/la fin d’une trame complète ; et un signal de synchronisation horizontale est utilisé pour indiquer le début/la fin de chaque ligne.
La vitesse (fréquence) de l’horloge de pixel déterminera le temps nécessaire pour dessiner chaque trame, ce qui fixe la fréquence d’affichage.
Les signaux de synchronisation horizontale et verticale auront normalement des impulsions de durée beaucoup plus longue que l’horloge de pixel, créant ce que l’on appelle des « porches avant et arrière » pour les lignes HSYNC et VSYNC.
Les plages de valeurs valides pour chacun de ces paramètres sont normalement incluses dans la notice technique de l’affichage.
L’interface doit être constamment pilotée et rafraîchie, sinon l’affichage deviendra vide.
Les données RGB parallèles pour l’affichage peuvent à leur tour être générées par un autre circuit de commande, tel que le SSD1963 (interface d’entrée parallèle séparée) ou la série de contrôleurs d’affichage FT8xx (interface SPI/I2C) ; ou certains MCU / MPU possèdent des périphériques capables de sortir directement les données RGB parallèles (et les signaux d’horloge / de synchronisation associés).
Interface SPI/I2C/UART
Certains circuits de commande (par exemple ILI9341) disposent d’une interface de communication série (comme SPI/I2C/UART) qui peut être utilisée pour contrôler l’affichage. Le protocole varie d’un circuit à l’autre et il existe généralement des bibliothèques logicielles d’accompagnement disponibles pour dessiner du texte/des graphiques/etc. sur l’affichage. Comme la vitesse maximale/le débit de ces interfaces série est relativement lent, cela peut prendre un certain temps pour mettre à jour l’affichage et elles sont mieux adaptées aux applications où seules de petites sections de l’écran doivent être mises à jour régulièrement. Elles ne conviennent pas bien aux applications où le contenu de grandes régions de l’écran doit changer rapidement (comme la lecture vidéo).
MIPI - DSI
L' »Interface série pour écrans » (Display Serial Interface) de l’Alliance « Mobile Industry Processor Interface » est une interface de communication d’écran basée sur la signalisation par paires différentielles (pour plus d’informations sur les paires différentielles, veuillez consulter notre article sur la « conception haute vitesse »). Il y a une paire différentielle « horloge », puis une ou plusieurs paires différentielles « données ». En raison de l’utilisation de paires différentielles, les vitesses d’horloge peuvent atteindre la gamme des GHz, et il y a une faible émission électromagnétique (EMI) et une grande immunité aux interférences (voir notre article sur l’EMI/CEM pour plus d’informations sur ces sujets). En raison de la grande vitesse ainsi que de la possibilité d’ajouter plus de voies de données pour augmenter le débit de données, le MIPI-DSI est bien adapté pour les grands écrans haute résolution où le débit de l’interface RGB parallèle n’est plus suffisant (au-dessus d’environ 1024×768). Le MIPI-DSI est utilisé sur le populaire RaspberryPi.
Intégration
Lors du démarrage d’un projet qui intégrera un TFT, plusieurs facteurs doivent être pris en compte tels que:
* La taille et la résolution de l’affichage requis;
* La fréquence de rafraîchissement / le débit requis;
* Le microcontrôleur / microprocesseur utilisé, ses périphériques disponibles et la puissance / vitesse de traitement.
Proteus inclut un modèle d’affichage ILI9341, qui peut être utilisé pour expérimenter un affichage TFT en simulation.
Copyright Labcenter Electronics Ltd. 2024
Traduction française
Copyright Multipower France 2024