Le LCD d'hier

Il est né approximativement en 1973 et sa commercialisation a débuté vers le milieu des années 80. Il existe plusieurs technologies pour les écrans LCD (Liquid Crystal Display). La plus connue est la matrice passive avec le TN (Twisted Nematic) et le DSTN (Dual Scan Twisted Nematic) doté d’un double balayage. Ces écrans ont montré leur limite à cause de leur ratio de contraste trop limité (50:1), du manque de profondeur des noirs et des traînées à l’écran "effet fantôme"(entre 150 et 25 ms). Ils étaient initialement exploités sur les micro-ordinateurs portables en monochrome noir et blanc, bi-chrome (deux couleurs) ou 256 voire 262 144 couleurs.

Le LCD d'aujourd'hui

La seconde technologie qui connaît actuellement un réel succès, c’est bien entendu le LCD de type TFT (Thin Film Transistor). Ici, on atteint les 262 144 couleurs (18 bits), 16 777 216 couleurs (24 bits) et pour les téléviseurs dernier cri, 25,7 milliards couleurs. Il s’agit d’une matrice active que l’on retrouve aussi bien sur les téléviseurs que sur les moniteurs plats. Chaque pixel est contrôlé par un transistor de façon individuelle, d’où une très bonne réactivité de l’écran. Les temps de réponse sont très courts, entre 8 et 10 ms, les mouvements et scènes d’animation sont bien rendus, sans lenteurs et sans traînées visuelles perceptibles à l’œil humain.

Pixel et sous-pixels

Un pixel est composé de trois sous-pixels. Ces derniers véhiculent les couleurs primaires RVB (Rouge Vert et Bleu). Selon la puissance électrique que l’on envoie dans chaque sous-pixel, on influera sur les nuances des couleurs. Ce qui distingue le LCD ou écran à cristaux liquides du plasma, c’est que pour le LCD les pixels n’émettent pas toujours de la lumière. Ce n’est que lorsque le cristal liquide est rétro-éclairé et que l’électricité est diffusée que "s’illuminent" les pixels. L’opération peut être grossièrement comparée à un interrupteur électrique dans lequel on déciderait par le biais de la position marche/arrêt de laisser passer ou non le courant électrique.

Principes de fonctionnement

L’écran est composé de deux plaques rainurées transparentes placées en parallèle. Entre ces plaques, on retrouve un liquide contenant les molécules correspondantes aux cristaux liquides. Ces dernières s’orientent grâce au courant électrique. Grâce à une source de lumière, la première plaque joue le rôle d’un filtre polarisant qui filtre la lumière en ne laissant passer que les composantes de lumière dont l’oscillation est parallèle aux rainures. Dans le cas d’absence de tension électrique, la lumière sera bloquée par la seconde plaque qui agit comme un filtre polarisant perpendiculaire. Dans l’hypothèse d’une tension électrique, les cristaux s’aligneront dans le sens du champ électrique et traverseront la seconde plaque.

L’écran LCD utilise une technologie de matrice active dite TFT (Thin Film Transistor) qui offre une meilleure luminosité ainsi qu’une plus grande finesse de l’affichage. Le contrôle des pixels s’effectue individuellement par le biais de trois transistors (un par couleur RVB). Chaque transistor a un rôle de mémorisation de l’état du pixel et le maintient allumé entre chaque phase de balayage. Les écrans LCD sont transmissifs, offrent une image lumineuse et contrastée. Il s’agit d’un rétro-éclairage. Il est adapté à l’usage en intérieur ou en extérieur si les sources lumineuses parasites sont faibles.

Du LED oui, mais quel LED?

On trouve actuellement sur le marché trois types différents d’écrans LED.

* Les écrans LED EDGE (et LED EDGE + Local Dimming).

* Les écrans FULL LED et Full LED DLD (Direct Local Dimmig)

* Les écrans Nano LED.

Signalons qu’il existe une autre technologie, OLED, utilisée sur certains moniteurs et téléviseurs de taille réduite. En OLED, les pixels n’ont plus à être éclairés par des LED. Ils sont produits par des matières organiques qui produisent leur propre lumière.

Les écrans LED EDGE

La plupart des écrans "LED" du marché sont en réalité des écrans LED EDGE. Ces écrans utilisent la même technologie que les écrans LCD sauf que l’éclairage des pixels n’est plus assuré par des néons placés derrière l’écran mais par des LEDs disposées sur les contours de l’écran.

Cette technologie permet non seulement de produire une image plus lumineuse et plus contrastée, mais elle permet surtout de produire des téléviseurs beaucoup plus fins (moins de 3 cm !) et beaucoup moins gourmand en énergie électrique !

En revanche sur les très grandes tailles (50 pouces et au-delà), on peut discerner des problèmes d’homogénéité de la lumière sur la surface puisque les LED sont placés sur les contours.

Certains téléviseurs récents utilisent une variante dénommée "LED EDGE + Local Dimming". Cette technologique applique les concepts des écrans Full LED DLD aux écran LED EDGE. Les LED peuvent être éteintes de façon intelligente et dynamique afin de renforcer les noirs sur certaines zones de l’écran.

Les écrans Full LED et DLD

Les technologies "Full LED" utilisent des diodes LED réparties derrière la dalle. Les écrans Full LED sont donc légèrement plus épais que les LED EDGE. Mais leur image offre une luminosité plus homogène.

* Les "Full LED" utilisent en général un millier de diodes réparties uniformément sur toute la surface de la dalle.

* La technologie "Direct Local Dimming" (DLD) utilise des diodes réparties dans des zones indépendantes les unes des autres (généralement les constructeurs utilisent de 250 à 500 zones).

Les diodes étant capables de s’éteindre totalement, les FULL LED offrent en général des noirs très profonds, ce que les dalles LCD classiques ou les LED EDGE peuvent difficilement réaliser.

Les écrans Nano LED

Lancée par LG, la technologie NANO LED dérive de la technologie FULL LED DLD mais utilise des milliers de diodes microscopiques. Ces diodes sont donc placées derrière la dalle LCD et gérées par zones indépendantes.

Cette technologie permet de parvenir à des écrans ultra-fins (comme les LED EDGE) tout en offrant des contrastes et des noirs d’une intensité inégalée.

Le Plasma plus vieux que le LCD

Les afficheurs à plasma sont antérieurs aux LCD. Les recherches ont débuté outre-Atlantique (E-U) dans les années 60 et la technologie est arrivée à maturité dans les années 90. Ici, chaque sous-pixel est un "néon" microscopique, une lampe fluorescente qui produit une couleur primaire rouge, verte ou bleue. On régule les teintes et nuances obtenues à l’écran via la variation de l’intensité de l’éclairage de ce trio de sous-pixels.

Des capsules de gaz dynamisées

Tout comme dans une lampe néon, un gaz rare est enfermé dans un tube (90% argon, 10% xénon). La haute tension électrique imposée aux deux électrodes à chaque borne du tube crée une excitation du gaz jusque là neutre. Ce même gaz se transforme alors en gaz plasma (électrons libres et ions positifs). Ce sont les chocs entre les atomes qui émettent alors un photon, c’est-à-dire un quanta de lumière.

Le plasma peut être comparé à un tube néon

Cette technique dite "néon" a fortement inspiré la technologie plasma. Là, chaque pixel est constitué de trois cavités microscopiques similaires qui "contiennent" le gaz rare (xénon). Les cavités possèdent deux bornes électriques (électrodes) situées à l’avant et à l’arrière. C’est encore la tension électrique sur chaque électrode qui vient brasser le plasma. Ce dernier émet des rayons UV qui, lorsqu’ils frappent les scintillateurs au fond des cavités, émettent une chrominance rouge, verte ou bleue. Enfin, la lumière colorée traverse la vitre et notre œil perçoit les 16 777 216 couleurs.

Le processeur à la rescousse de l'image

Les microcontrôleurs ou semi-conducteurs sont présents dans les LCD et les plasmas. Deux leaders principaux (Samsung Electronics Co Ltd et STMicroelectronics) se partagent le marché. Ce sont ces puces (ex : 32 bits cadencées à 100 MHz ou plus) qui garantissent l’amélioration de l’image. Le processeur assure la conversion d’un signal TV analogique en un signal numérique de meilleure qualité en améliorant le nombre de points à l’image. Un traitement arithmétique s’effectue pour passer d’un signal analogique en 330 lignes à un signal numérique en 330-500 lignes ou 720 lignes pour la télé Haute Définition. C’est ce que l’on nomme la mise à l’échelle de la qualité vidéo.

Le processeur adapte le signal selon la source vidéo

De façon globale, le chipset assure, en plus de celle du tuner TV, la conversion de toutes les sources que l’on relie au téléviseur et retranscrit les divers niveaux de détail (convertisseur analogique/numérique 10 bits). Lorsque l’on visualise un DVD commercial, la restitution sur le LCD/Plasma est à plus de 540 lignes, 330 lignes pour le câble analogique, entre 330 et 500 lignes pour le câble numérique, entre 220 et 240 lignes pour une vidéo au format VHS, 400 lignes pour une source en S-VHS/S-VHSC, et entre 250 et 400 lignes pour un DVD-R/-RW/+R/+RW.

Le processeur corrige la lumière et les trames gênantes

En plus du désentrelacement du mouvement, la puce améliore la luminance et la chrominance. Elle assure la gestion numérique des couleurs tout en offrant une continuité en temps réel dans la palette de réglages (lors des changements d’images). Elle prend en charge la gestion dynamique des contrastes afin d’obtenir une image toujours claire et détaillée surtout lors de la diffusion de scènes sombres (variation en continu du niveau de noir) tout en évitant les effets gênants de moirage (surtout pour les plasmas).

Les sous-circuits dédiés supportent le processeur

Le processeur principal et ses sous-circuits périphériques gèrent aussi la vitesse et le changement d’images par seconde (FPS ou IPS), l’affichage des fonctions OSD et la compression audio numérique, les variations sonores lors du changement de chaîne.