Un écran plat (FPD) est un dispositif d’affichage électronique utilisé pour permettre aux gens de voir du contenu (images fixes, images animées, texte ou autre matériel visuel) dans une gamme de divertissements, d’appareils électroniques grand public, d’ordinateurs personnels et d’appareils mobiles, ainsi que de nombreux types d’équipements médicaux, de transport et industriels. Ces panneaux, ou écrans, sont beaucoup plus légers et plus minces que les téléviseurs à tube cathodique traditionnels et ont généralement moins de 10 centimètres (3,9 po) d’épaisseur. Les écrans plats peuvent être divisés en deux catégories de dispositifs d’affichage: volatile et statique. Les écrans volatils nécessitent que les pixels soient périodiquement actualisés électroniquement pour conserver leur état (par exemple, les écrans à cristaux liquides (LCD)). Un écran volatil n’affiche une image que lorsqu’il est alimenté par batterie ou par secteur. Les écrans plats statiques reposent sur des matériaux dont les états de couleur sont bistables (par exemple, les tablettes de lecture de livres électroniques de Sony) et, en tant que tels, les écrans plats conservent le texte ou les images à l’écran même lorsque l’appareil est hors tension. À partir de 2016, les écrans plats ont presque complètement remplacé les anciens écrans cathodiques. Dans de nombreuses applications de l’ère 2010, en particulier les petits appareils portables tels que les ordinateurs portables, les téléphones mobiles, les smartphones, les appareils photo numériques, les caméscopes, les appareils photo à prise directe et les caméras vidéo de poche, les inconvénients d’affichage des écrans plats (par rapport aux écrans cathodiques) sont compensés par des avantages de portabilité (faible consommation d’énergie des batteries, minceur et légèreté).
La plupart des écrans plats de l’ère des années 2010 utilisent des technologies à cristaux liquides ou à diodes électroluminescentes (LED), parfois combinées. La plupart des écrans LCD sont rétro-éclairés car des filtres de couleur sont utilisés pour afficher les couleurs. Les écrans plats sont fins, légers, offrent une meilleure linéarité et offrent une résolution supérieure à celle des téléviseurs grand public typiques des époques antérieures. La résolution la plus élevée pour les téléviseurs à tube cathodique grand public était 1080i; en revanche, de nombreux écrans plats peuvent afficher une résolution 1080p ou même 4K. Depuis 2016, certains appareils qui utilisent des écrans plats, tels que les tablettes, les smartphones et, plus rarement, les ordinateurs portables, utilisent des écrans tactiles, une fonctionnalité qui permet aux utilisateurs de sélectionner des icônes à l’écran ou de déclencher des actions (par exemple, la lecture d’une vidéo numérique) en touchant l’écran. De nombreux appareils à écran tactile peuvent afficher un clavier QWERTY ou numérique virtuel à l’écran, pour permettre à l’utilisateur de taper des mots ou des chiffres.
Un moniteur multifonctionnel (MFM) est un écran plat doté d’entrées vidéo supplémentaires (plus qu’un moniteur LCD typique) et conçu pour être utilisé avec une variété de sources vidéo externes, telles que l’entrée VGA, l’entrée HDMI d’un magnétoscope VHS ou d’une console de jeu vidéo équipée et, dans certains cas, une entrée USB ou un lecteur de carte pour visualiser des photos numériques. Dans de nombreux cas, un MFM comprend également un tuner TV, ce qui le rend similaire à un téléviseur LCD offrant une connectivité informatique.
Histoire
La première proposition d’ingénierie pour un téléviseur à écran plat a été faite par General Electric en 1954 à la suite de ses travaux sur les moniteurs radar. La publication de leurs résultats a donné toutes les bases des futurs téléviseurs et moniteurs à écran plat. Mais GE n’a pas continué avec le R& D requis et n’a jamais construit d’écran plat fonctionnel à ce moment-là. Le premier écran plat de production a été le tube Aiken, développé au début des années 1950 et produit en nombre limité en 1958. Cela a vu une certaine utilisation dans les systèmes militaires comme affichage tête haute et comme moniteur d’oscilloscope, mais les technologies conventionnelles ont dépassé son développement. Les tentatives de commercialisation du système pour la télévision à domicile se sont heurtées à des problèmes persistants et le système n’a jamais été commercialisé.
Le Philco Predicta présentait une configuration de tube cathodique relativement plate (pour son époque) et serait le premier « écran plat » commercialisé à son lancement en 1958; le Predicta fut un échec commercial. Le panneau d’affichage à plasma a été inventé en 1964 à l’Université de l’Illinois, selon l’histoire des panneaux d’affichage à plasma.
Écrans LCD
Le MOSFET (transistor à effet de champ à oxyde de métal et à semi-conducteur, ou transistor MOS) a été inventé par Mohamed M. Atalla et Dawon Kahng aux laboratoires Bell en 1959 et présenté en 1960. En s’appuyant sur leurs travaux, Paul K. Weimer, chez RCA, a développé le transistor à couches minces (TFT) en 1962. C’était un type de MOSFET distinct du MOSFET en vrac standard. L’idée d’un écran LCD TFT a été conçue par Bernard J. Lechner des laboratoires RCA en 1968. B.J. Lechner, F.J. Marlowe, E.O. Nester et J. Tults ont démontré le concept en 1968 avec un écran LCD à diffusion dynamique qui utilisait des MOSFET discrets standard.
Le premier écran électroluminescent à matrice active (ELD) a été fabriqué à l’aide de TFT par le département des dispositifs à couches minces de T. Peter Brody à Westinghouse Electric Corporation en 1968. En 1973, Brody, J. A. Asars et G. D. Dixon aux laboratoires de recherche Westinghouse ont présenté le premier écran à cristaux liquides à transistors à couches minces (TFT LCD). Brody et Fang-Chen Luo ont démontré le premier écran plat à cristaux liquides à matrice active (AM LCD) utilisant des TFT en 1974.
En 1982, des téléviseurs LCD de poche basés sur la technologie LCD ont été développés au Japon. L’Epson ET-10 Epson Elf de 2,1 pouces était le premier téléviseur de poche LCD couleur, sorti en 1984. En 1988, une équipe de recherche dirigée par l’ingénieur T. Nagayasu a démontré un écran LCD couleur de 14 pouces, ce qui a convaincu l’industrie électronique que l’écran LCD finirait par remplacer les tubes cathodiques comme technologie d’affichage de télévision standard. Depuis 2013, tous les appareils d’affichage électronique haute résolution et de haute qualité modernes utilisent des écrans à matrice active TFT.
Écrans LED
Le premier écran LED utilisable a été développé par Hewlett-Packard (HP) et introduit en 1968. Il est le résultat de la recherche et du développement (R& D) sur la technologie LED pratique entre 1962 et 1968, par une équipe de recherche dirigée par Howard C. Borden, Gerald P. Pighini et Mohamed M. Atalla, chez HP Associates et HP Labs. En février 1969, ils ont introduit l’indicateur numérique HP Modèle 5082-7000. C’était le premier affichage LED alphanumérique, et c’était une révolution dans la technologie d’affichage numérique, remplaçant le tube Nixie pour les écrans numériques et devenant la base des écrans LED ultérieurs. En 1977, James P Mitchell a prototypé et démontré plus tard ce qui était peut-être le premier écran de télévision LED à écran plat monochromatique.
Ching W. Tang et Steven Van Slyke chez Eastman Kodak ont construit le premier appareil LED organique (OLED) pratique en 1987. En 2003, Hynix a produit un pilote EL organique capable d’éclairer en 4 096 couleurs. En 2004, le Sony Qualia 005 était le premier écran LCD rétroéclairé par LED. Le Sony XEL-1, sorti en 2007, était le premier téléviseur OLED.
Types courants
Écran à cristaux liquides (LCD)
Les écrans LCD à effet de champ sont légers, compacts, portables, bon marché, plus fiables et plus faciles à regarder que les écrans cathodiques. Les écrans LCD utilisent une fine couche de cristal liquide, un liquide qui présente des propriétés cristallines. Il est pris en sandwich entre deux plaques de verre portant des électrodes transparentes. Deux films polarisants sont placés de chaque côté de l’écran LCD. En générant un champ électrique contrôlé entre les électrodes, divers segments ou pixels du cristal liquide peuvent être activés, provoquant des modifications de leurs propriétés polarisantes. Ces propriétés polarisantes dépendent de l’alignement de la couche de cristaux liquides et de l’effet de champ spécifique utilisé, qu’il s’agisse d’un Nématique Torsadé (TN), d’une Commutation Dans le Plan (IPS) ou d’un Alignement Vertical (VA). La couleur est produite en appliquant des filtres de couleur appropriés (rouge, vert et bleu) aux sous-pixels individuels. Les écrans LCD sont utilisés dans divers appareils électroniques tels que les montres, les calculatrices, les téléphones mobiles, les téléviseurs, les écrans d’ordinateur et les écrans d’ordinateurs portables, etc.
LED-LCD
La plupart des grands écrans LCD antérieurs étaient rétro-éclairés à l’aide d’un certain nombre de lampes fluorescentes à cathode froide (CCFL). Cependant, les appareils de petite taille utilisaient presque toujours des LED comme source d’éclairage. Avec l’amélioration des LED, presque tous les nouveaux écrans sont désormais équipés de la technologie de rétroéclairage LED. L’image est toujours générée par la couche LCD.
Écran plasma
Un écran plasma est constitué de deux plaques de verre séparées par un mince espace rempli d’un gaz tel que du néon. Chacune de ces plaques est traversée par plusieurs électrodes parallèles. Les électrodes sur les deux plaques sont perpendiculaires l’une à l’autre. Une tension appliquée entre les deux électrodes une sur chaque plaque fait briller un petit segment de gaz au niveau des deux électrodes. La lueur des segments de gaz est maintenue par une tension inférieure appliquée en continu à toutes les électrodes. En 2010, de nombreux fabricants avaient abandonné les écrans plasma grand public.
Panneau électroluminescent
Dans un écran électroluminescent (ELD), l’image est créée en appliquant des signaux électriques aux plaques qui font briller le phosphore.
Diode électroluminescente organique
Une OLED (diode électroluminescente organique) est une diode électroluminescente (LED) dans laquelle la couche électroluminescente émissive est un film de composé organique qui émet de la lumière en réponse à un courant électrique. Cette couche de semi-conducteur organique est située entre deux électrodes; typiquement, au moins une de ces électrodes est transparente. Les OLED sont utilisés pour créer des affichages numériques dans des appareils tels que des écrans de télévision, des écrans d’ordinateur, des systèmes portables tels que des téléphones portables, des consoles de jeux portables et des PDA.
Diode électroluminescente à points quantiques
QLED ou quantum dot LED est une technologie d’affichage à écran plat introduite par Samsung sous cette marque. D’autres fabricants de téléviseurs tels que Sony ont déjà utilisé la même technologie pour améliorer le rétroéclairage des téléviseurs LCD en 2013. Les points quantiques créent leur propre lumière unique lorsqu’ils sont éclairés par une source de lumière de longueur d’onde plus courte telle que des LED bleues. Ce type de téléviseur LED améliore la gamme de couleurs des panneaux LCD, où l’image est toujours générée par l’écran LCD. De l’avis de Samsung, les écrans à points quantiques pour téléviseurs à grand écran devraient devenir plus populaires que les écrans OLED dans les années à venir; Des entreprises comme Nanoco et Nanosys sont en concurrence pour fournir les matériaux QD. En attendant, les appareils Samsung Galaxy tels que les smartphones sont toujours équipés d’écrans OLED fabriqués par Samsung. Samsung explique sur son site Web que le téléviseur QLED qu’il produit peut déterminer quelle partie de l’écran a besoin de plus ou moins de contraste. Samsung a également annoncé un partenariat avec Microsoft qui fera la promotion du nouveau téléviseur Samsung QLED.
Volatile
Les affichages volatils nécessitent que les pixels soient périodiquement actualisés pour conserver leur état, même pour une image statique. En tant que tel, un écran volatil a besoin d’énergie électrique, soit du réseau électrique (branché sur une prise murale), soit d’une batterie pour maintenir une image sur l’écran ou changer l’image. Cette actualisation se produit généralement plusieurs fois par seconde. Si cela n’est pas fait, par exemple, en cas de panne de courant, les pixels perdront progressivement leur état cohérent et l’image « s’estompera » de l’écran.
Exemples
Les technologies d’affichage plat suivantes ont été commercialisées dans les années 1990 à 2010:
- Panneau d’affichage à plasma (PDP)
- Écran à cristaux liquides à matrice active (AMLCD)
- Projection arrière: Traitement numérique de la lumière (DLP), LCD, LCOS
- Papier électronique: Encre électronique, Gyricon
- Écran à diodes électroluminescentes (LED)
- Diode électroluminescente organique à matrice active (AMOLED)
- Affichage à points quantiques (QLED)
Des technologies qui ont fait l’objet de recherches approfondies, mais dont la commercialisation a été limitée ou a finalement été abandonnée:
- Affichage électroluminescent à matrice active (ELD)
- Affichage à modulateur interférométrique (IMOD)
- Affichage à émission de champ (FED)
- Affichage à émetteur d’électrons à conduction de surface (SED, SED-TV)
Statique
Les écrans plats statiques reposent sur des matériaux dont les états de couleur sont bistables. Cela signifie que l’image qu’ils détiennent ne nécessite aucune énergie pour la maintenir, mais nécessite plutôt de l’énergie pour changer. Il en résulte un affichage beaucoup plus économe en énergie, mais avec une tendance à des taux de rafraîchissement lents qui ne sont pas souhaitables dans un affichage interactif. Les écrans plats bistables commencent à être déployés dans des applications limitées (écrans à cristaux liquides cholestériques, fabriqués par Magink, dans la publicité extérieure; écrans électrophorétiques dans les lecteurs de livres électroniques de Sony et iREx; anlabels; affichages de modulateur interférométrique dans une smartwatch).
Voir aussi
- Écran d’ordinateur
- Affichage flou de mouvement
- Papier électronique
- FPD-Link
- Affichage flexible
- Technologie de télévision grand écran
- LCD
- Télévision LCD rétroéclairée par LED
- Liste des fabricants d’écrans plats
- MicroLED
- Écran mobile
- OLED
- Écran plasma
- Écran à points quantiques
- Sony Watchman
- Écrans 3D stéréoscopiques ne nécessitant pas de lunettes spéciales
- Écran tactile
- Transparent affichage
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