Le TN à matrice passive en voie de disparition

Le LCD est composé de deux plaques parallèles perpendiculaires, il est rétro-éclairé avec une lumière polarisée. A l’intérieur de ces deux plaques rayées se trouvent les cristaux liquides qui s’orienteront d’une façon ou d’une autre en fonction de la tension électrique qu’ils recevront. Les écrans TFT TN à matrice passive sont relativement dépassés et vous n’en trouverez plus, hormis ceux ayant une toute petite diagonale (certains baladeurs MP3 par exemple - HTN, High performance Twisted Nematic). Leur ratio de contraste est très limité et plafonne à 50:1.

Le TN à matrice active, économique et avec de bons temps de réponse

La catégorie que l’on croise le plus souvent est celle des TFT TN (Thin Film Transistor Twisted Nematic) plus couramment nommée TN + Film à matrice active. Comparé à l’ancienne technologie dont les pixels sont contrôlés par ligne et par colonne, ici chaque pixel (sous-pixel) est géré individuellement par un transistor pour chaque couleur (R, V, B) qui fait office de "mémoire" de l’état du pixel. Avec ce type d’écran, on obtient des temps de réponse en dessous des 8 ms et un contraste aux alentours de 500:1 voire plus selon les techniques propriétaires de chaque constructeur.

Une technologie qui s'intéresse surtout aux couleurs et au contraste

L’IPS (In-Plane Switching) est une technologie propriétaire initialement développée par Hitachi et Nec. C’est l’une des évolutions du TFT à matrice active. Sa principale qualité est d’apporter un angle de vision plus conséquent (170° au lieu de 60°) du TFT TN et un contraste supérieur à 500:1. Les temps de réponse initiaux étaient situés à 50-60 ms mais ont atteint par la suite 29 ms voire moins. Lorsque la tension électrique n’est pas appliquée, les cristaux liquides ne subissent aucune rotation, la lumière ne passe donc pas dans le pixel et l’on obtient un vrai point noir (noir profond). Quand un des pixels est défectueux, il reste éteint et par conséquent est moins visible qu’un pixel "grillé" où passe encore la lumière. Le principal inconvénient de cette technologie est qu’elle emploie deux transistors (électrodes) au lieu d’un seul ce qui diminue la transparence et influe négativement sur les temps de réactivité (temps de réponse). Le S-IPS (Super-In-Plane-Switching) exploité par LG et Philips, ou AS-IPS chez Hitachi, améliore la vivacité des images, apporte de meilleurs contrastes et des couleurs plus naturelles.

Le bon équilibre pour un usage polyvalent

Le MVA (Multiple domains Vertical Alignment) a été développé par Fujitsu tandis que le PVA (Patterned multiple domains Vertical Alignment) est le fruit du travail de Samsung. Les dalles MVA/PVA sont idéales pour un usage polyvalent mais dans un rapport qualité/prix plus élevé que celui les TFT classiques. Elles sont moins rapides en temps de réponse que les TN, puisqu’on est en moyenne au-dessus des 8 ms/6ms, mais pourtant plus appropriées pour l’affichage de vidéos. Au dessus de 8 ms, on note un effet de rémanence persistant. Les dalles PVA ont l’avantage de proposer plus d’accentuation des couleurs (affichage réel des 16,7 millions couleurs) et des temps de réponse autour de 6 ms. Dans les deux cas, les angles de vision sont larges, autour des 160° environ. Les taux de contraste sont tout particulièrement élevés puisqu’ils peuvent allègrement atteindre les 800:1 ou 1000:1, et récemment les 1500:1.

100/120 Hz pour une image plus fluide et réactive

Comme c’est déjà le cas pour les téléviseurs plats, les prochains LCD seront en 100/120Hz en remplacement de nos 60/75 Hz. A la place d’un affichage en 50/60 images par seconde (ips), on aura ici 100 ips. Le but avoué est de rivaliser avec les écrans cathodiques et leurs excellents temps de réactivité et d’obtenir une image plus fluide et sans rémanence.

Plus d'images dans une même fraction de temps

Sur un moniteur 50 Hz les images sont doublées et affichées durant 40 ms chacune. Le 100 Hz va calculer une image et en afficher deux, trois ou dix pour un même temps. Ici, on joue purement sur un traitement arithmétique du processeur. Ce dernier va tout bonnement calculer une image intermédiaire entre deux autres envoyées.

Insérer des images noires ou en nuances de gris

Une autre technique permet de recréer artificiellement le balayage ou scintillement des moniteurs à tubes. C’est la "Black Frame Insertion" (BFI). Théoriquement, l’astuce consiste à intercaler une "frame" noire (ou grise selon les constructeurs) toutes les 6 frames. Soit en moyenne une image noire entre deux images colorées. Cette méthode est basée sur la persistance rétinienne. Elle joue sur le battement de notre œil en tentant d’éliminer les effets de flou engendrés et en dissimulant les transitions pour l’utilisateur.

Oui, pour les films d'animation et les jeux vidéo

Pour l’instant les dessins animés ou films d’animation profitent d’un rendu parfait. Il n’y a plus de rémanence ni de flou dans les mouvements. Les joueurs PC ou consoles (reliés à un moniteur ou à un écran plat), qui par souci de réalisme dans les jeux n’ont pas encore abandonné les écrans à tubes cathodiques en sont les grands bénéficiaires. D’après les premiers tests, même les meilleurs moniteurs plats à 2 ms ne tiennent pas la comparaison face au balayage 100 Hz.

Résultat mitigé pour les films

Les films sont la plupart du temps en 25 ou 30 ips. La cause en est simple : en deçà de 25 ips, l’œil humain ressent la persistance rétinienne et les "effets de saccade". Lors de la visualisation d’un film, les premiers modèles de 100 Hz procurent une gêne visuelle importante. Trop de fluidité et une netteté excessive sont les reproches signalés par la majorité des utilisateurs. En attendant un progrès dans le cadre de cette configuration, il faudra soit continuer à regarder les films en 30 ips soit s’habituer au 100 Hz.

Le CCFL (Cold-Cathode Fluorescent Lighting) à gamut de couleurs

Il existe souvent des différences notoires de couleurs entre l’image dispensée à l’écran et celle que l’on peut voir sur une impression papier. C’est pourquoi afin de faire correspondre au maximum la synthèse additive des couleurs Rouge, Vert et Bleu (RVB), on exploite les profils ICC (pilotes fournis avec chaque moniteur). Le CCFL à gamut étendu vise une meilleure exhaustivité et un rapprochement des différences de couleurs. Soit, à l’heure actuelle, un gamut étendu à 97 % au lieu des 82 % des moniteurs standard.

Le backlight LED

C’est un rétro-éclairage à LED (Light Emitting Diode), c’est-à-dire de diodes électroluminescentes. Ce sont des semi-conducteurs que l’on retrouve un peu partout dans notre quotidien (lampe-torche, éclairage urbain, compte-tour et feux de voitures...). Pour l’instant, ce sont les téléviseurs et les portables qui en bénéficient. Ils améliorent significativement le rendu des couleurs et apportent une meilleure luminosité et un meilleur contraste pour une utilisation en extérieure. On atteint déjà sur certains modèles un taux de contraste de 10 000:1 et un gamut de 146%.

L'OLED digne remplaçant du LCD ?

Littéralement OLED (Organic Light Emitting Diode) signifie diode électro-luminescente organique. Environ huit sociétés travaillent sur cette technologie. Leur durée de vie est excellente, 10 000 heures dans les tons bleus, 40 000 dans les verts et rouges et 20 000 heures pour les blancs. En comparaison, la durée de vie d’un écran d’appareil photo numérique est de 1000 heures. Les écrans OLED réduisent la distorsion des couleurs sous un angle de vue de 10° (vision étendue et moins directive), améliorent les couleurs, permettent un contraste très élevé 1:1 000 000 et diminuent la consommation électrique de puissance (en watts). Pour l’instant, ils sont surtout présents dans les Tablets PC mais devraient rapidement succéder aux moniteurs LCD en offrant également des écrans minces et flexibles.

Les écrans dits à matrice passive

Les pixels de l’écran sont contrôlés par ligne et par colonne. Ainsi, les pixels sont adressés par ligne et par colonne grâce à des conducteurs transparents situés dans la dalle. Le pixel s’allume lors de son adressage et s’éteint entre deux balayages. Les écrans à matrice passive utilisent habituellement la technologie TN (Twistedd Nematics). Les écrans à matrice passive souffrent généralement d’un manque de contraste et de luminosité.

Les écrans dits à matrice active

La technologie la plus utilisée pour ce type d’affichage est la technologie TFT (Thin Film Transistor, transistor en couche mince). Elle permet de contrôler chaque pixel à l’aide de trois transistors (correspondant aux trois couleurs RVB). Ainsi, le transistor couplé à chaque pixel permet de mémoriser son état et, le cas échéant, de le maintenir allumé entre deux balayages successifs. Les écrans à matrice active bénéficient ainsi d’une meilleure luminosité et d’un affichage plus fin.

Les écrans réflectifs

Ce sont des écrans éclairés par devant, par une lumière artificielle ou tout simplement par la lumière ambiante (comme c’est le cas pour la plupart des montres digitales).

Les écrans transmissifs

Ils utilisent un rétro-éclairage pour afficher les informations. Ce type d’écran est particulièrement adapté pour un usage en intérieur ou dans des conditions de faible éclairage. Il fournit habituellement une image contrastée et lumineuse. En contrepartie, ils deviennent difficilement lisibles s’ils sont utilisés en extérieur (en plein soleil par exemple).

Les écrans transflectifs

Ils utilisent un rétro-éclairage ainsi qu’un polariseur composé d’un matériau translucide capable de transmettre la lumière d’arrière-plan tout en réfléchissant une partie de la lumière ambiante. Ce type d’écran convient en particulier aux appareils destinés à une utilisation tant en intérieur qu’en extérieur (appareils photo numériques, assistants personnels).

La définition et le temps de réponse

Elle est comprise entre 640*480 (680 points en longueur et 480 points en largeur) et 1600*1200, mais des résolutions supérieures sont techniquement possibles. Le temps de réponse est défini par la norme internationale ISO 134406-2. Il correspond à la durée nécessaire afin de faire passer un pixel du blanc au noir, puis de nouveau au blanc. Le temps de réponse (défini en millisecondes) doit être le plus petit possible.

La luminance et l'angle de vision vertical et horizontal

La luminance est exprimée en candelas par mètre carré (cd/m²), elle permet de définir la "luminosité" de l’écran. L’ordre de grandeur de la luminance est d’environ 250 cd/m². Les angles de visions, eux, sont exprimés en degrés et nous font savoir à partir de la vision devient difficile lorsque l’on n’est plus face à l’écran.

Overdrive

Technique de commande consistant à appliquer une impulsion de tension plus élevée que nécessaire pour l’obtention d’un niveau de gris pendant le début du cycle. Le temps de réponse blanc->gris se rapproche ainsi du blanc->noir.

Électrodes sur résine

Les électrodes ITO ne sont plus déposées sur le substrat entre les pistes mais sur une couche de résine qui permet aux électrodes d’avoir la taille maximale efficace.

Masque sur couche TFT

En complément du masque entre les pavés de couleur du filtre RVB, un masquage est directement appliqué sur la couche TFT entre les électrodes de chaque cellule.

Espaceurs photogravés

Les billes d’espacement sont dispersées aléatoirement et peuvent endommager le filtre RVB ou gêner le fonctionnement. Elles sont remplacées par des cônes découpés dans de la résine époxy photosensible et positionnés à des emplacements optimaux.

L'avenir : L'écran ACL zéro énergie ?

Le dispositif "Zenithal Bistable Device" (ZBD), développé par la société britannique QinetiQ, conserve une image sans alimentation électrique. La société française Nemoptic développe une autre technologie zéro-énergie, la technologie nématique bistable BiNem®, qui permet d’afficher des niveaux de gris et même de fabriquer des écrans couleur et qui se trouve désormais au stade de la pré-industrialisation pour des applications allant de l’ultra-portable (e-livre, e-dictionnaire) à l’étiquette électronique.