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FICHE 1

PRÉSENTATION

Titre

Principe de restitution des couleurs d'un écran plat

Type d'activité

Activité documentaire

Objectifs de l’activité

Extraire et exploiter des informations

Argumenter

Références par rapport au programme

Cette activité illustre les thèmes :

Programme de 1ère S

OBSERVER





Notions et contenus

  • La couleur des objets

  • Restitution des couleurs par un écran plat : synthèse additive

Compétences exigibles

  • Argumenter

  • Extraire et exploiter des informations




Catherine BUARD

Académie de LYON

ACTIVITE :

Principe de restitution des couleurs d'un écran plat

Compétence attendue : recueillir des informations sur le principe de restitution des couleurs d'un écran plat.

Doc1 : Formation d'une image sur un écran plat

Les écrans plats utilisent un affichage à cristaux liquides appelé ACL (ou LCD).

Ils sont constitués de pixels, chaque pixel étant composé de trois sous-pixels produisant respectivement de la lumière rouge, de la lumière verte et de la lumière bleue.

Pour créer une image, il faut commander l'éclairage de chaque sous-pixel.

L'œil est chargé de reconstituer l'image à partir de la vision de ces minuscules points de lumière.

Deux questions se posent :

"Comment chaque sous-pixel crée de la lumière ?"

"Comment le programmateur commande-t-il leur éclairage ?"

La réponse à la première nécessite de comprendre comment est constitué un écran LCD.

Doc2 : Les écrans cathodiques sont supplantés, depuis quelques années, par les écrans plats (plasma et LCD)

Les cristaux liquides : composés organiques à base de carbone et d’hydrogène, sont qualifiés de « quatrième état de la matière ». Leurs molécules ne sont pas orientées dans une direction fixe, comme dans un solide, mais ne changent pas non plus sans cesse de direction comme dans un liquide : elles conservent une certaine orientation les unes par rapport aux autres. [..]

Translucides, les cristaux sont de bons conducteurs de lumière. En l'absence de tension, ils s’organisent en forme de demi-spirales. Lorsqu'on applique une tension électrique, les cristaux liquides s'orientent dans le sens du champ électrique. Ces trois propriétés sont à la base du principe des écrans LCD.

L’écran couleur LCD à matrice active se compose de plusieurs couches successives de matériaux tous transparents, à l’exception des deux filtres polarisants.
D’arrière en avant :

  1. tubes lumineux qui fournissent le rétroéclairage.

  2. filtre polarisant horizontal

  3. plaque de verre

  4. matrice d’électrodes transparentes avec un transistor (5)

  1. couche de cristaux liquides orientés d’arrière en avant

  2. filtre coloré

  3. plaque de verre

  4. filtre polarisant vertical

  5. plaque de verre antireflet, sur la face visible de l’écran.


Animation cristaux liquides :

http://www.escale-numerique.com/index.php?page=lcd,%20animation,%20flash,%20cristaux%20liquides,%20page3




Sciences et AVENIR n°686 - Avril 2004

Doc 3 : Codage de la couleur

  1. Ouvrir le fichier couleurs.htm avec le bloc note et avec un navigateur internet.



  1. En faisant un clic droit sur la page du bloc note, vous pouvez ouvrir le fichier source et repérer la ligne du programme qui correspond à la couleur du fond d'écran. Indiquez-la.

  2. Modifier le code : mettre 0000FF

Le codage décimal d'un nombre est celui utilisé dans la vie de tous les jours. Les chiffres utilisés sont 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Le nombre suivant le nombre 9 est le nombre 10.

Le codage utilisé en informatique pour le codage des couleurs est le codage hexadécimal ; 16 symboles sont utilisés : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F. Le nombre après 9 est A. Le nombre après F est 10 puis 11, 12, ….19, 1A, 1B……

Dans la ligne de commande , les deux premiers "x" constituent un nombre hexadécimal compris entre 00 et FF adressé à la goutte de cristaux liquides de l'écran qui restitue le passage de ma lumière dans le filtre rouge (00 : la lumière ne passe pas; FF : elle passe au maximum).

Les deux "x" suivant concernent le vert, et les deux suivants le bleu.

On parle de code RVB (Rouge Vert Bleu) ou RGB en anglais.

Exemples : rouge = FF 00 00 vert = 00 FF 00 bleu = 00 00 FF

rouge vert bleu

ACTIVITE : Principe de restitution des couleurs d'un écran plat

QUESTIONS :

  1. Quelle est la signification des initiales LCD.

  2. Qu'est-ce que le rétroéclairage ? Quelle est la couleur de la lumière émise par les tubes lumineux ?

  3. Comment la couleur est-elle obtenue ? S'agit-il de synthèse additive ou soustractive ?

  4. Quelles sont les trois propriétés des cristaux liquides à la base du principe des écrans LCD ?

  5. Comment obtient-on un pixel jaune ?

  6. Dans le fichier "couleur.htm", modifier le code RVB pour faire apparaitre chacune des couleurs primaires.

  7. Modifier le code RVB pour faire apparaitre la couleur jaune. Quel code avez-vous utilisé ?

  8. Modifier le code RVB pour faire apparaitre la couleur magenta. Quel code avez-vous utilisé ?

  9. Modifier le code RVB pour faire apparaitre la couleur blanche. Quel code avez-vous utilisé ?

  10. Modifier le code RVB pour faire apparaitre un gris. Quel code avez-vous utilisé ?

  11. Expliquer comment cela permet de faire afficher n'importe quelle couleur.

  12. Un sous pixel peut afficher 256 couleurs (00 jusqu'à FF). Combien de couleur peut afficher un pixel ?


CORRECTION ACTIVITE : Principe de restitution des couleurs d'un écran plat

QUESTIONS

  1. LCD : Liquid Cristal Display (Affichage à cristaux liquides)

  2. Le rétroéclairage est un éclairage qui provient de la face arrière de l'écran; c'est une source de lumière blanche : tubes fluorescents ou panneau de diodes électroluminescentes blanches.

  3. Il s'agit de synthèse additive : on additionne trois faisceaux lumineux : rouge, vert et bleu. Pour obtenir toutes les couleurs, il faut agir sur l'intensité lumineuse de chaque faisceau. En appliquant une tension à l'ensemble {cristaux liquides–polariseurs}, on peut faire varier l'intensité de chaque faisceau et obtenir ainsi toutes les couleurs. Voir animation suivante :

http://www.escale-numerique.com/index.php?page=lcd,%20animation,%20flash,%20cristaux%20liquides,%20page3

  1. Les cristaux liquides sont translucides.

En l'absence de tension, ils s'organisent en forme de demi-spirale.

Lorsqu'on applique une tension, ils s'orientent dans le sens du champ électrique (tous dans le même sens).

  1. Pour obtenir un pixel jaune il faut mettre 100% de vert et 100% de rouge : les sous-pixels rouge et vert doivent être éclairés au maximum.

  2. Pour obtenir le Rouge : FF 00 00

Pour obtenir le Vert : 00 FF 00

Pour obtenir le Bleu : 00 00 FF

  1. Pour obtenir le jaune : FF FF 00 (100% de rouge et 100% de vert)

  2. Pour obtenir le magenta : FF 00 FF (100% de rouge et 100% de bleu)

  3. Pour obtenir le blanc : FF FF FF (100% de rouge 100% de vert et 100% de bleu)

  4. Pour faire apparaitre un gris, il faut mettre le même niveau de rouge, de vert et de bleu. Il y a de très nombreuses possibilités.

  5. Pour obtenir n'importe quelle couleur, il faut agir sur l'intensité de chaque faisceau lumineux par l'intermédiaire du codage qui lui correspond.

  6. Un sous pixel peut afficher 256 couleurs (00 jusqu'à FF) car chaque bit peut prendre 16 valeurs : 16×16=256.

Un pixel est composé de 3 sous-pixels pouvant prendre chacun 256 valeurs; on a donc 256×256×256=16,7 millions de couleurs possibles.

Catherine BUARD Lycée Claude Fauriel, St. Etienne Académie de LYON

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