Quelle que soit la technologie utilisée, les vidéoprojecteurs utilisent une même base de conception ; tous emploient un traitement du signal vidéo, une lampe, un système de ventilation et un objectif. La différence majeure se situe dans la création des images à partir de matrice(s) et d’un système colorimétrique. Trois technologies cohabitent, et chacune produit une image d’aspect différent, avec des avantages et des inconvénients. Ces technologies sont :

• la technologie DLP
• la technologie LCD
• les technologies LCOS, SXRD et D-ILA

Inventée en 1987, mais introduite en 1996 par Texas Instruments, le DLP (Digital Light Processing) regroupe un ensemble de solutions consistant en la coloration de la lumière issue de la lampe, puis à sa manipulation via un semi-conducteur optique.

Au cœur du système DLP se trouve un semi-conducteur appelé DMD (Digital Micromirror Device), qui fait office de matrice à micromiroirs numériques. Chaque micromiroir, correspondant à un pixel de l’image, est fixé sur de minuscules charnières qui lui permettent soit de pivoter en direction de la source de la lumière pour la refléter vers l’écran (actif), soit de s’en éloigner pour dévier la lumière vers un substrat absorbant (désactif). Le flux numérique du code de l’image transmis au semi-conducteur active ou désactive chaque miroir plusieurs milliers de fois par seconde. Les niveaux de gris sont obtenus suivant la durée d’activation du miroir. S’il est plus souvent activé que désactivé, il réfléchit un pixel gris clair, alors que s’il est souvent désactivé, il réfléchit un pixel d’un gris plus sombre. Ainsi, les micromiroirs DMD peuvent réfléchir les pixels jusqu’à 1 024 niveaux de gris pour convertir le signal transmis en une image.

Avant d’atteindre le composant DMD, la lumière blanche en provenance de la lampe passe à travers une roue chromatique. Pendant sa rotation, cette roue, qui comporte plusieurs segments colorés en rouge, vert et bleu, filtre la lumière qui sera coordonnée avec les états activés ou désactivés des micromiroirs. Pour créer par exemple un pixel violet, le micromiroir ne réfléchira que la lumière rouge et bleue. La persistance rétinienne des yeux mélangera ces deux couleurs primaires pour obtenir le violet désiré. De cette façon, 16,7 millions de couleurs peuvent être créées.

Parallèlement à la technologie mono-DLP et à sa roue chromatique, il existe la technologie tri-DLP, basée sur trois puces DMD. La lumière est scindée en trois faisceaux qui viennent alimenter une puce DMD comportant un miroir dichroïque de couleur rouge, vert ou bleu. Un prisme se charge de regrouper les trois images en une seule. Cette solution est très coûteuse puisqu’elle demande trois semi-conducteurs DMD

Avantages :

• bon contraste natif, de 1 800:1 pour les puces HD Ready, à 2 400:1 pour les puces Full HD ;

• absence de grille à l’écran en raison d’un espace interpixel minime. L’image paraît plus fine que celle du LCD ;

• image dynamique : la texture de l’image est très vive, éclatante, tout comme la colorimétrie ;

• bonne uniformité de la lumière à l’écran.

Inconvénients :

• une gestion des dégradés sur les premiers niveaux de gris pas toujours optimale, mais néanmoins très acceptable ;

• une stabilité perfectible : l’image a tendance à fourmiller mais à la position de visionnage cela reste souvent imperceptible ;

• image pouvant être qualifiée de dure en raison de son excellente dynamique ;

• présence d’AEC (arcs-en-ciel) : c’est le principal inconvénient des mono-DLP. Cela se traduit par des traînées de couleurs ou de flashs colorés sur des scènes à fort contraste, avec alternance de noir et de blanc. Dû à la persistance rétinienne, qui arrive à décomposer les couleurs plus vite que la roue chromatique, ce phénomène se produit sur des parties très ponctuelles de l’image et dépend des prédispositions de chacun. Certaines personnes ne verront jamais d’AEC, alors que d’autres - une minorité de la population - y seront plus ou moins sensibles. Il convient donc de visionner quelques scènes avant tout achat. Cet inconvénient ne concerne pas les tri-DLP.

Le LCD (Liquid Crystal Display) est la plus veille technologie matricielle utilisée dans la vidéoprojection. Elle utilise la polarisation de la lumière grâce à des filtres polarisants et en jouant sur la capacité qu’ont certains cristaux liquides de faire varier l’orientation de la lumière en fonction d’un champ électrique.

La matrice LCD est constituée de deux filtres polarisants formant un angle de 90° et placés de chaque côté de deux plaques de verre enserrant des cristaux liquides. Les faces internes des plaques de verre comportent à l’avant une électrode et à l’arrière une matrice de transistors en film mince TFT (Thin Film Transistor). L’application d’une tension électrique va créer une différence de potentiel entre les électrodes d’un pixel, entraînant le changement d’orientation des molécules et donc une variation de la transparence du dispositif.

L’éclairage de la matrice est transmissif. Le flux lumineux en provenance de la lampe est contrôlé (ouvert ou fermé) par chaque pixel qui, lui-même, est activé en fonction du signal numérique lié au codage de l’image. La variation des niveaux de gris est obtenue en modulant les temps d’ouverture et de fermeture des pixels.

Les vidéoprojecteurs à technologie LCD sont tous des tri-LCD. C’est-à-dire qu’ils comportent trois matrices LCD alimentées par le flux lumineux de la lampe. La lumière est répartie et colorée avec un jeu de miroirs et de prismes. Les miroirs dichroïques se chargent de transformer la lumière blanche en couleurs primaires rouges, vertes et bleues. Un prisme récupère les trois faisceaux pour n’en faire qu’un seul qui sera projeté à l’écran.

On dispose ainsi d’une palette de 16,7 millions de couleurs.

Avantages :

• le rendement de la lumière émise est excellent, puisque les pertes sont moindres que celles d’une technologie par miroir comme les DLP ou les LCOS. Cela permet pour une même puissance de lumens d’utiliser des lampes de puissance inférieure, qui chauffent moins et qui nécessitent de plus petits systèmes de refroidissement... et donc moins de bruit ;

• très bonne stabilité d’image du fait d’absence de roue chromatique et de mouvements de balancier au niveau de la matrice. L’image est reposante ;

• une bonne gestion des dégradés sur les premiers niveaux de gris.

Inconvénients :

• impossibilité d’obtenir de vrais noirs. La perméabilité des cristaux liquides laisse passer une partie de la lumière. Le taux de contraste natif n’excède pas 800 à 1 000:1 ;

• défaut de convergence : c’est un problème qui touche tous les projecteurs à trois matrices. L’alignement parfait de celles-ci est délicat, car la taille des pixels est de l’ordre du micron. À l’image, il y a parfois un chevauchement des couleurs créant une imprécision des contours ;

• screendor (effet de grille) : c’est le quadrillage qui permet de délimiter les pixels sur les matrices. Il est projeté à l’écran et devient visible lorsqu’on est placé trop près de l’écran. Des matrices Full HD diminuent notablement ce phénomène ;

• shading (dérive colorimétrique) : c’est un manque d’uniformité de l’image, qui peut présenter des zones à dominante verte, bleue ou rouge.

• image douce qui peut sembler anémique. Les iris dynamiques font partie intégrante des vidéoprojecteurs LCD et viennent améliorer le faible rapport de contraste.

Comme le DLP, le LCOS (Liquid Crystal On Semiconductor) est une technologie réflective. Néanmoins, elle remplace les micromiroirs orientables par une couche optique active constituée d’une mince épaisseur de cristaux liquides nématiques (orientation pouvant être modifiée), laquelle est recouverte d’une plaque de verre portant une électrode transparente commune à l’ensemble des cellules. Le LCOS reprend donc aussi un aspect de la technologie LCD.

Les semi-conducteurs utilisés pour la commande des points de l’image sont pilotés par une électronique complexe qui a vu son salut grâce à l’utilisation de silicium. Un substrat en silicium est donc employé pour les commandes, mais, en raison du coût élevé de fabrication de ce matériau, il sert aussi de support à la partie optique active du composant.

La difficulté industrielle pour obtenir une surface constante et stable de l’épaisseur de la lame active de cristaux liquides sur toute la matrice a contraint de nombreux industriels, dont Intel, à jeter l’éponge.

La technologie LCOS est de plus pénalisée en termes de rendement optique par la complexité de sa structure, qui entraîne un mauvais rapport de contraste.

Seuls deux constructeurs ont persévéré en développant chacun leurs propres solutions : Sony, avec son SXRD, et JVC, avec le D-ILA.

Sony a identifié que des défauts de planéité du substrat de silicium entraînaient un manque d’ordonnancement des molécules de cristaux liquides. Un polissage chimique a donc été mis en œuvre.

Ces corrections ont permis aux matrices SXRD de faire monter le taux de contraste à 2000:1.

Malgré ce rapport de contraste fort correct, Sony intègre un iris dynamique au sein de ses produits.

De son côté, JVC a décelé et corrigé les mêmes problèmes de planéité du substrat de silicium.

En outre, JVC a constaté que des irrégularités subsistaient autour de l’électrode et du passage de conducteur qui assure le contact électrique entre l’électrode et la partie active du circuit intégré qui la pilote. Il a donc été entrepris de combler ces creux au moyen d’un matériau inorganique avant de déposer la couche d’orientation des cristaux liquides.

Associé à la modification de la formulation des cristaux liquides, à l’ajout d’un film retardateur et à une nouvelle conception des prismes polariseurs, le D-ILA a vu passer son contraste natif à un taux exceptionnel de 12 000:1.

Que ce soit le SXRD ou le D-ILA, le mécanisme de coloration de la lumière reste le même que sur le tri-LCD puisque ces technologies utilisent aussi trois matrices.

Avantages :

• un contraste On/Off et ANSI sans iris fabuleux pour le D-ILA, permettant d’obtenir des noirs digne des inégalables vidéoprojecteurs tritubes ;

• un contraste correct pour le SXRD, dans la lignée des DLP HD Ready, mais en retrait par rapport aux DLP Full HD. L’utilisation systématique chez Sony des iris dynamiques (avec les inconvénients que comporte cet artifice, notamment pour le contraste ANSI) permet d’accentuer fortement le niveau de noir ;

• une très bonne gestion des premières nuances de gris ;

• une image stable, reposante, conciliant simultanément douceur, précision et dynamique. C’est le mariage du meilleur du DLP et du LCD ;

• une absence totale de screendor et le meilleur taux de remplissage interpixel toutes technologies confondues ;

• les possibilités à venir de résolutions de très haute définition. C’est la seule technologie à proposer des produits à 4 millions de pixels (contre 2 millions aujourd’hui) dans le milieu professionnel, et des essais pour des matrices à 8 millions de pixels sont déjà d’actualité.

Inconvénients :

• défaut de convergence : l’alignement des matrices n’est pas parfait, d’autant plus que par rapport au LCD l’espace interpixel est bien moindre. Il apparaît à l’image un certain chevauchement des couleurs créant des contours imprécis ;

• uniformité de l’image en SXRD qui a tendance, sur une mire noire, à afficher les coins de l’image plus clairs ;

• léger shading dans les deux technologies.