2 - ecrans_plat

Centre d'intérêt N°13 :
ro SEN E
Baacc PPro SEN EIIEE
B
RESTITUTION DES SUPPORTS DE L'INFORMATION
ANALOGIQUE
LA REPRODUCTION DE L'IMAGE
1 Principe des images en mouvement.
Dans un temps (t), on transmet un nombre suffisant d'images par seconde, pour que notre cerveau par
l'intermédiaire de l'œil ait l'impression d'un mouvement continu ; c'est le principe du cinéma.
Au cinéma, la fréquence d'affichage est de 24 images par seconde. En télévision elle est égale à la
moitié de la fréquence du réseau électrique, soit 25 images par seconde en Europe et dans le reste du
monde, à l'exception de l'Amérique du Nord, du Japon, et d'une grande partie de l'Amérique du Sud
pour lesquelles la fréquence d'affichage est égale à 30 images par seconde.
2 Les écrans à tube cathodique (CRT).
Le fonctionnement des écrans à tube cathodique (CRT, Cathode Ray Tube), son invention date
de 1897.
1.
Principe de diffusion sur un écran cathodique.
Une image monochrome désigne une image "noir et blanc" (dite "achrome") mais aussi chaque
composante d'une image couleur, puisqu'on sait qu'une image couleur peut être reconstituée par
la superposition de trois couleurs fondamentales (rouge, vert, bleu).
Dans l'espace (x,y), on décompose l'image en un nombre suffisant de lignes horizontales, puis
on l'analyse point par point le long de chaque ligne.
Au cinéma, l'image est projetée dans son ensemble sur
l'écran. Pour les téléviseurs l'affichage se faisait en deux
temps ;
L'écran est composé de 625 lignes, ces lignes sont
décomposées en lignes paires et impaires. L'image sera
composée quand toutes les lignes paires et impaires seront
définies. Alors le faisceau d'électrons balaye l'écran
horizontalement en deux trames ; toutes les lignes paires
puis toutes les lignes impaires
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Les écrans CRT devenant rapidement lourds et encombrants quand on augmente la surface
d'affichage, on a cherché à mettre en œuvre des technologies à écrans plats quand les
dimensions des écrans augmentent. Ces technologies peuvent se classer en deux grandes
groupes : les écrans de type passif et les écrans de type émissif. Les premiers doivent être
éclairés par une source externe pour produire la lumière qui sera ensuite filtrée pour produire
les couleurs. Les seconds produisent eux-mêmes la lumière visible.
3 Les écrans plats
2.
Principe d'un afficheur LCD
La lumière est une onde électromagnétique composée d'un champ électrique E et d'un champ
magnétique B (voir le cours sur les ondes). L’œil n’est sensible qu’à la composante électrique.
Selon la direction du champ électrique, on distingue :
la lumière naturelle ou non polarisée, pour laquelle il n' y a pas de direction particulière et les
vecteurs champs électriques prennent des directions aléatoires.
la lumière polarisée pour laquelle tous les champs E sont parallèles à une direction particulière
appelée direction de polarisation
Si on place un deuxième polaroïd sur le trajet de la lumière polarisée, l’intensité en sortie sera
maximale
(intensité Io/2) lorsque les 2 polaroïds sont alignés et nulle quand ils sont croisés
D’une façon générale, un afficheur LCD sera constitué :
• de deux polariseurs croisés qui ne laissent pas passer la lumière ,
• d’une substance placée entre les deux polariseurs qui fait tourner la direction de polarisation et
permet à la lumière de passer ,
• d’un dispositif de commande qui permettra ou non la rotation de polarisation
Il est possible de "commander" la direction des molécules de cristaux liquides par divers moyens :
•
par un dispositif mécanique :
Lorsqu'on dispose une couche de cristal liquide sur une plaque gravée de fins sillons parallèles
(couche d'alignement), les molécules s'orientent parallèlement à ces sillons
Lorsqu'on enferme une couche de cristaux liquides entre deux plaques gravées de sillons orientés
dans deux directions différentes, l' orientation des molécules (à l' état de repos) passe
progressivement de la direction (1) à la direction (2}. Elle fait donc apparaître une torsion.
On appelle ce cristal, un cristal liquide "Twisted Nematic", (en français nématique tordu).
Ces molécules alignées vont avoir des propriétés spéciales dans le domaine optique puisqu’elles
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vont faire tourner la direction de polarisation de la lumière.
•
Sous l’action d’un champ électrique
Si on soumet le cristal liquide à une tension électrique, l’orientation des molécules se modifie
sous l’action ce champ électrique.
Les chaînes moléculaires s’orientent parallèlement aux lignes de champ et se retrouvent
perpendiculaires aux électrodes. Dans cette situation, elles ne modifient plus la direction de
polarisation de la lumière.
L’affichage des différents niveaux de luminance de l’image est basé sur le principe suivant :
• en l’absence de champ électrique appliqué (tension de polarisation nulle), les molécules se
placent en position « twistée » pour permettre le passage de la lumière.
• en présence d’un champ électrique faible (tension de polarisation faible), quelques molécules
s’orientent en direction du champ, les autres restant « twistées » : la transmittance a légèrement
diminué ,
• en présence d’un champ fort (tension de polarisation élevée), la plupart des molécules sont
orientées dans le sens du champ et la transmittance de la cellule est très faible .
On pourra donc commander la luminosité du pixel en jouant sur la tension de polarisation qui lui
est appliquée : les afficheurs à cristaux liquides nécessitent donc une commande analogique.
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3.
les écrans avec rétro-éclairage (LED, tube fluorescent).
1.
La commande de l'affichage.
Le dispositif de commande doit fournir à l’écran LCD-TFT les signaux vidéo, d'horloge et
des signaux de synchronisation horizontale et verticale permettant de réaliser les balayages.
A partir des signaux vidéo Y, R-Y et B-Y, le traitement est en général le suivant :
•
•
•
une matrice permet de retrouver les signaux de couleurs primaires R, V et B qui seront
équilibrés (balance des blancs) et alignés (clamp) sur une composante continue ajustable
par l'utilisateur en fonction d'un réglage de lumière .
une correction de gamma est nécessaire afin de linéariser la réponse globale de la chaîne
de traitement de l'image .
il est ensuite nécessaire de produire des signaux de commande. Ceci est réalisé par les
circuits d'alignement et d'inversion associés au circuit de polarité.
Caractéristiques :
Les principales distinctions entre les technologies sont le temps de réponse (en ms), le taux
de contraste entre le noir et le blanc entre deux points contigus (les meilleures permettent
jusque 5000:1), les angles de visions horizontaux et verticaux (jusque 175°), la luminosité
(exprimée en candela par mètre carré (300 cd/m² par exemple), la fréquence maximum de
rafraîchissement (typiquement 75 hz) et le dop pitch.
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2.
Les écrans LCD (Liquid Crystal Display).
Le principe de l’écran LCD consiste à placer des cristaux liquides en sandwich entre deux
plaques gravées et orientées à 90° l'une de l'autre. Les molécules de cristaux liquides, de forme
allongée, s'orientent sur chacune des plaques parallèlement aux sillons de la plaque. L’écran est
rétro-éclairé avec une lumière polarisée parallèlement aux sillons de la première plaque. Quand
les molécules sont au repos (tension appliquée nulle), leur orientation varie progressivement
d'une plaque à l'autre, modifiant également progressivement la polarisation de la lumière. La
polarisation a tourné de 90° au niveau du second polariseur qui laisse alors passer l'intégralité
de la lumière.
Sous l’effet d’une électrode de
commande, on oriente selon la tension
appliquée une proportion plus ou
moins importante de molécules dans
une seule et même direction. Ces
molécules ne modifient alors plus la
polarisation incidente et on contrôle
donc la quantité de lumière que laisse
passer le second polariseur (ou celle
déviée). Chaque pixel de l’image est
constitué d’une cellule de ce type
devant laquelle est placé un filtre
rouge, vert, ou bleu.
3.
Des Néons aux LED.
Jusqu'à Mars 2009, quasiment toutes les TV LCD utilisaient un rétroéclairage dit CCFL (Cold
Cathodes Fluorescent Lamps ou Lampes Fluorescentes à Cathode Froide). On peut faire une
analogie avec des néons disposés horizontalement derrière le panneau LCD.
Cette technologie a ses limites ; les "néons" sont constamment allumés, ce qui ce traduit par une
incapacité à créer un noir profond et à obtenir un excellent contraste.
Quand la technologie l'a permis, on a remplacé
les néons répartis sur toute la surface arrière du
téléviseur par quatre placés au dessus et sous un
guide de lumière ( voir la figure suivante). Ceci a
permis de gagner sur l'épaisseur et d'abaisser les
coups des téléviseurs.
Le téléviseur intègre une succession de couches
superposées. La première intègre une dalle
lumineuse qui éclaire uniformément la surface de
l'écran. Il est alimenté par une carte électronique
appelée Inverter (carte alim-neon en Français).
Cette carte convertit le 12 volts continu en une
tension d'environ 1000 Volts en alternatif. C'est
souvent cette carte qui tombe en panne sur les
écrans LCD: l'affichage devient sombre.
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Ensuite, on place sur toute la surface de l'affichage un premier filtre polarisateur suivi des
cristaux liquides (TFT) ou d'un liquide cristallin (LCD), composée de bâtonnets. Entre ces 2
couches se trouvent un réseau de transistor (TFT) ou grille d'électrode (LCD) qui contrôlent
électriquement la position des cristaux. Une simple impulsion électrique et le bâtonnet se
redresse, permettant le passage de la lumière. Chaque pixel est associé à 3 bâtonnets (1 par
couleur), chacun contrôlé par son propre transistor ou électrodes.
Depuis Avril 2009, les TV à rétroéclairage LED ont fait
leur apparition et ont rendu les écrans à rétroéclairage
CCFL obsolètes.
1.
Avantages des Téléviseurs à LED
• Les LED n'utilisent pas de mercure, leur consommation électrique est faible
(quelques dizaines de milliwatts) pour un très bon rendement.
• Leur inertie lumineuse est quasiment nulle : elles s’allument et s’éteignent en un
temps très court. Ainsi, l'image diffusée est plus dynamique.
• Elles chauffent peu ce qui facilite leur intégration au châssis de l'écran et favorise la
durée de vie de l'écran.
• Elles ont une meilleure résistance mécanique (chocs, écrasements, vibrations) que les
CCFL.
• Il est possible pour une TV LED d'y adjoindre un système nommé Local Dimming qui
permet d'éteindre et d'allumer des LED par zone ou en totalité. Ceci permet
d'obtenir un noir véritable, de jouer sur la luminosité, et donc d'obtenir un contraste
fulgurant.
• Leur durée de vie est importante : les LED blanches ont une demie-vie annoncée à 25
000 heures et les LED rouges, vertes et bleues (RVB) ont une demie-vie annoncée à 50
000 heures (environ 34 ans à raison de 4 heures/jour).
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1.
Types de rétro-éclairage LED.
- Le Edge LED utilise des LED blanches intégrées uniquement dans les bords du cadre. Cela
permet de réduire considérablement l'épaisseur de la dalle. Certains téléviseurs LCD à LED
atteignent désormais moins de trois centimètres d'épaisseur. La technologie Edge LED est
cependant la plus répandue et la moins couteuse.
- Le LED Plus ou Edge LED avec local dimming,
tout comme le Edge LED utilise des LED blanches
intégrées uniquement dans les bords du cadre. Il s’agit
du même procédé LED Edge tout en ayant la possibilité
d'éteindre et d'allumer plusieurs zones simultanément.
Les LED sont situées sur des rampes positionnées en
bas de plusieurs plaques photoconductrices découpées
en différentes zones. Chaque zone peut être gérée
indépendamment des autres.
- Le Full LED (ou back-lit LED) utilise aussi des LED
blanches mais situées cette fois-ci derrière toute la surface
de la dalle. L'éclairage est ainsi plus homogène que dans
la technologie Edge LED et permet un gain notable sur la
valeur de contraste du téléviseur. Notons également qu'un
écran Edge LED embarque trois fois moins de diodes
qu'un téléviseur Full LED.
- Le LED Local Dimming est composé de nombreuses
diodes électroluminescentes, qui sont organisées par
zones dans une matrice, et dont l'intensité lumineuse est
contrôlée en temps réel. La puissance des diodes est
modulée selon le type d'image affiché par le téléviseur.
Cela permet de réduire la luminosité sur des zones
sombres, ou à l'inverse de l'augmenter sur des zones
claires. Les images sont plus nettes, en raison de la
rapidité d'action des LED, qui s'allument et s'éteignent
en un temps très court. De ce fait, le taux de contraste
s'élève drastiquement, avec une consommation énergétique réduite.
- Le LED RGB se sert de 3 LED de couleurs (Red, Green, Blue) pour produire une lumière
blanche. Ces LED sont situées également sur toute la surface de la dalle et permettent un
réglage précis de la température de couleur pour une colorimétrie plus juste. Elles permettent
d'ajuster la luminosité de l'écran sur certains points particuliers. La conséquence la plus
immédiate est une forte lumière sur les zones blanches et une définition accrue sur les zones
noires. Les problèmes liés aux spectres jaunes et bleus émis par les tubes fluorescents
disparaissent comme de mauvais souvenirs. Un inconvénient, il coûte cher à produire et la
profondeur de l'écran reste élevée.
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2.
Les écrans à plasma (PDP).
La cellule d’un écran plasma est un tube dans lequel le gaz s’ionise sous l’effet d’une tension
électrique, de quelques centaines de volts, pour former un plasma .
Cette ionisation va provoquer l’émission de lumière ultravio lette qui va exciter les
luminophores rouges, verts ou bleus, qui vont émettre une lumière visible. On agit sur chaque
couleur séparément et la lumière émise est proportionnelle à la tension de commande.
Contrairement aux écrans LCD, ici le tube émet de la lumière, ce qui permet d’obtenir un
meilleur contraste.
Dans les écrans à plasma PDP (Plasma Display Panel, environ 3% en termes monétaires du
marché des écrans plats), le principe de base est celui de la structure matricielle. Il repose sur
l'utilisation de l'émission lumineuse (visible ou dans l'UV) d'un mélange de gaz rares (Xe-Ne ou
Xe-Ne-He) faiblement ionisé et généré par une décharge électrique créée entre deux électrodes.
Ces électrodes appartiennent aux réseaux parallèles d'électrodes lignes et colonnes déposées en
face interne de deux dalles de verre (cf. Figure 3). Celles-ci sont scellées entre elles ce qui forme
l'espace gazeux de l'écran. Les électrodes qui jouent alternativement les rôles d'anode et de
cathode sont recouvertes de couches de diélectriques.
3.
Les écrans électroluminescents (ELD)
1.
Fonctionnement des écrans OLED (Organic Light-Emitting Diode) :
Chaque diode, dont l'épaisseur ne dépasse pas le millimètre, est composée de trois couches
d'un semi-conducteur organique (des atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote)
entourées par une cathode métallique (une source de charges électriques négatives) et une
anode transparente (une source de charges positives). Chaque pixel d'un écran OLED est
constitué de trois diodes électroluminescentes juxtaposées (une rouge, une verte et une bleue),
produisant leur propre lumière lorsqu'elles sont soumises à une tension électrique. L'ensemble
repose sur un « substrat » transparent, en verre ou en plastique.
2.
Technologie OLED à petites molécules et PLED (Polymer Light-Emitting
Diodes)
La technologie OLED à petites molécules a été développée par Eastman-Kodak. La
production utilise un système de dépôt sous vide, ce qui rend le procédé plus cher que d'autres
techniques de fabrication. Ce procédé utilise un substrat en verre, l'écran est donc rigide.
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La technologie PLED utilise une couche
électroluminescente hybride, un polymères non
conducteurs, enduits de molécules
électroluminescentes conductrices. Ces
polymères peuvent être liquides, ce qui
favoriserait une industrialisation rapide, sans
que l'on ai à se soucier de ses propriétés
optiques. La longévité de la cellule reste
inchangée.Les molécules actives peuvent être
déposées sur le substrat par un procédé
similaire aux imprimantes à jet d’encre.
3.
Fonctionnement de l’OLED
Le principe de fonctionnement des OLED est basé sur l'électroluminescence. La source de
lumière est en fait due à la recombinaison d'un exciton (paire électron-trou), à l'intérieur de la
couche émettrice. Lors de cette recombinaison, un photon est émis.
L'exciton a deux états (singleton ou triplet). Seul un exciton sur quatre est de type "singleton".
Les matériaux utilisés dans la couche lumineuse contiennent souvent des fluorophores.
Cependant, ces fluorophores n'émettent de la lumière qu'en présence d'un exciton à l'état de
singleton, d'où une perte notoire de rendement.
En incorporant des métaux de transition dans une OLED à petites molécules, il apparaît un
phénomène quantique, le couplage de spin. Ce couplage permet une sorte de fusion entre les
états de singleton et de triplet. Ainsi, même à l'état triplet, l'exciton peut être source de lumière.
Cependant, ce phénomène implique un décalage du spectre d'émission vers le rouge, rendant
ainsi les longueurs d'ondes courtes (bleu-violet) plus difficiles à atteindre à partir d'un exciton
à l'état de triplet. Mais cette technologie quadruple l'efficacité des OLED.
Afin de créer les excitons dans la couche émettrice,
il faut arracher des électrons d'un côté et en rajouter
de l'autre. C'est pourquoi la couche lumineuse est
prise en sandwich par deux électrodes :
• une anode (+) qui crée des trous (arrache des
électrons au matériau)
• une cathode (-) qui apporte les électrons
Les trous (positifs) et les électrons (négatifs)
s'attirant, ils vont migrer au travers du matériau
luminescent et se rencontrer pour former un exciton.
L’épaisseur de cette structure est d’environ 100 nanomètre.
Les luminophores (éléments de la couches lumineuse) utilisés dans une OLED sont
principalement dérivés du PPV "poly[p-phénylène vinylène]" et du "poly[fluorène]".
4.
Avantages de la technologie OLED :
La technologie OLED possède de nombreux avantages par rapport aux LCD :
• plus faible consommation électrique ;
• meilleur rendu des couleurs (100 % du diagramme NTSC) ;
• meilleur contraste (jusqu'à 1:1 000 000) ;
• lumière plus diffuse (moins directive) : angle de confort de vision plus étendu ;
• minceur et souplesse du support.
• processus de fabrication plus abordable
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Le processus de fabrication des écrans OLED est radicalement différent des actuels écrans
plats. Le fait d'utiliser des technologies proches des imprimantes à jet d'encre permet
d'envisager un coût de production très avantageux, comparé aux LCD ou aux écrans plasma.
De plus les OLED émettant directement la lumière, on observe non seulement une diffusion
proche de 90° par rapport à la normale de l'écran, mais aussi une meilleure restitution des
couleurs. De plus, le noir des OLED est "vrai", c’est-à-dire qu'il correspond à aucune émission
de lumière, contrairement aux LCDs qui utilisent un rétroéclairage qui a tendance à filtrer à
travers la dalle dans les noirs. Les LCDs perdent également la moitié de leur puissance
lumineuse à la polarisation de la lumière plus encore 2/3 de leur puissance au passage des
filtres de couleur : au final, on perd 5/6 da la puissance lumineuse. En comparaison, la
technologie OLED est beaucoup plus économe.
5.
Inconvénients de la technologie OLED
Les OLEDs ont 3 inconvénients majeurs :
Le principal défaut des OLEDs est leur durée de vie (environ 10 000h), notamment pour les
OLEds bleues. On estime qu'il faudrait une durée de vie d'environ 50 000h pour qu'une dalle
OLED puisse jouer le rôle de téléviseur. Cette durée de vie limitée comparée aux LCDs et aux
écrans plasma contribue à freiner le développement commercial de cette technologie.
De plus, Les matériaux organiques des OLEDs sont sensibles à l'humidité, d'où l'importance
des conditions de fabrication et de leur confinement dans l'écran (notamment pour les écrans
flexibles).
Enfin, les OLED sont une technologie propriétaire, détenue par plusieurs sociétés dont
Eastman Kodak. Comme dans d'autres domaines, les droits d'utilisations freinent le
développement de la technologie jusqu'à ce que les brevets tombent dans le domaine public.
4 Déchiffrage de logos :
HD Ready est doté d'une résolution minimum 720 lignes
pour l'affichage du contenu en haute définition.
Il accepte les formats vidéo HD 720p et 1080i, mais peut
ne pas afficher la pleine résolution des sources plus
avancées en 1080p.
Les images peuvent se distordre légèrement, donc ne pas
être parfaites, mais vous obtiendrez toujours une bonne qualité d'image avec les Blu-ray Discs™,
les DVD convertis de manière ascendante et les jeux sur console.
Pour pouvoir utiliser ce logo, le téléviseur doit avoir un grand écran et être doté d'un composant
analogique et d'une connexion HDMI™.
HD Ready 1080p ou « Full HD ». Cette résolution
d'écran répond aux exigences minimales du HD Ready
avec en outre une résolution de 1 920 x 1 080 pixels.
Elle affiche du contenu 1080i et 1080p sans distorsion,
ce qui signifie que vous pouvez choisir un écran plus
large que votre téléviseur actuel (même si votre salon
n'est pas grand).
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Le niveau de détail signifie que vous pouvez vous rapprocher d'un large écran sans pour autant voir
les pixels individuels.
HDTV intègre un tuner numérique à votre téléviseur (un tuner
TNT HD (MPEG4)), ainsi que tous les critères requis pour le
HD Ready. Cela signifie que vous pouvez à la fois recevoir et
afficher du contenu HD sans ajouter de tuner séparé.
La résolution HDTV 1080p est similaire au HDTV, mais elle
peut traiter une résolution Full HD à 1 920 x 1 080, ainsi que
du contenu 24p (c.-à-d. les films sur Blu-ray Disc™).
La Full HD Or de Sony est notre façon de vous aider à
configurer un univers de haute définition chez vous. Tous les
produits disposent d'une résolution de 1 080 lignes à l'écran.
Cela signifie que vous pouvez connecter un téléviseur à un
Handycam®, à un Cyber-shot, à un lecteur Blu-ray Disc™ ou à
une PS3™ pour une installation en totale Full HD.
4K ou UHD (Ultra Haute Définition).
Le 4K UHD adopte une définition de 3 840 pixels par ligne pour
2 160 lignes. Soit un total de 8,3 mégapixels pour un ratio 16:9.
L'image est donc strictement quatre fois plus définie qu'une image
Haute Définition 1080p
5 Le DLNA.
Il faut tout d'abord disposer d'un serveur de média (Digital Media
Server, DMS) : son rôle va être de fournir aux autres éléments du
réseau tout le contenu multimédia (image, musique, vidéo) dont il
dispose. Un réseau DLNA n'est pas limité à un seul serveur et les
fichiers peuvent être proposés par différents éléments : ordinateurs, NAS, disque dur autonome…
Nous aborderons plus loin les spécificités des DMS.
Ressources :
http://www.sony.be/lang/fr/article/id/1207064684385
http://www.01net.com/editorial/282733/comment-ca-marche-les-technologies-des-ecrans-lcd/
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