Technologie d'affichage : ce qu'il y a derrière la vitre

Une introduction aux différentes technologies d'affichage repérées au CES de cette année

LA VEGAS —L'édition de cette année du CES était très différente de celle d'il y a un quart de siècle. À l'époque, les téléviseurs venaient tout juste de se libérer des tubes à rayons cathodiques (CRT) à basse résolution alors que la télévision haute définition faisait ses premiers pas. Un écran haute résolution de 50 pouces en 1998 ne contenait que 1280 x 768 pixels (Wide XGA) et coûtait autant qu'une voiture. Les téléviseurs à rétroprojection passaient tout juste aux modulateurs de lumière à semi-conducteurs. Et les téléviseurs à écran à cristaux liquides (LCD) n'étaient même pas disponibles - les plus grands téléviseurs à écran plat utilisaient tous des panneaux d'affichage à plasma (PDP) coûteux.

Aujourd'hui, toutes ces technologies (et certains de leurs fabricants) sont de lointains souvenirs qui s'estompent. Nous avons des téléviseurs 4K depuis plus d'une décennie, tandis que les téléviseurs 8K sont apparus il y a cinq ans. La technologie LCD règne en maître de nos jours, et la taille médiane de l'écran de télévision est d'environ 55 pouces de diagonale et augmente lentement. Les écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) ont supplanté le plasma pour la qualité de l'image, mais avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible.

Mais il y a d'autres concurrents : les mini et microLED, les points quantiques et les QD-OLED se retrouvent dans les téléviseurs et les écrans d'ordinateur. Quelles sont les différences entre eux ? Vont-ils remplacer ou rendre obsolètes les écrans actuellement disponibles ? Continuer à lire…

Affichages à cristaux liquides et améliorations Il n'a pas fallu longtemps pour que les grands panneaux LCD deviennent la solution préférée pour les grands téléviseurs après leur introduction il y a 20 ans. Ces modèles originaux ont évolué de conceptions lourdes et encombrantes utilisant des rétroéclairages de lampes fluorescentes pour moduler des milliers de minuscules pixels obturateurs de lumière, à des boîtiers élégants bourrés de rétroéclairages à diodes électroluminescentes (DEL). Au fil du temps, le nombre de pixels a continué de croître à mesure que les prix de détail baissent avec une efficacité de fabrication accrue.

Les débuts de la vidéo à plage dynamique élevée (HDR) ont forcé davantage de changements de conception. Compte tenu de l'inefficacité flagrante des panneaux d'imagerie LCD (seulement 5% de l'éclairement du rétroéclairage atteint réellement l'avant de l'écran), d'autres solutions étaient nécessaires pour augmenter les niveaux de luminosité. Une approche consistait à ajouter une fine couche de points quantiques, de minuscules particules métalliques qui absorbent la lumière bleue des LED et la réémettent sous forme de lumière rouge et verte de plus haute intensité (d'où l'effet de conversion d'énergie quantique).

Les téléviseurs avec un "Q" dans leurs noms de modèle (comme les téléviseurs QLED de Samsung) utilisent des points quantiques (QD) pour produire des images à plage dynamique élevée. Ces écrans sont encore paralysés par l'inefficacité de la transmission lumineuse des écrans LCD, mais ils sont désormais capables de produire des niveaux de luminance de l'ordre de 1200 à 1500 candelas par mètre carré (cd/m2). TCL fabrique également des téléviseurs LCD avec des couches d'amélioration de points quantiques. Les téléviseurs LCD équipés de points quantiques ont un prix supérieur à celui des modèles LCD conventionnels.

Il existe une autre façon d'obtenir une imagerie HDR en emballant plus de "mini" LED dans une zone plus petite et en modifiant leurs niveaux de lumière en fonction des niveaux de luminance dans le contenu vidéo, un processus connu sous le nom de gradation de zone locale. Sony et Hisense (ULED) utilisent cette approche au lieu des QD. Le défi consiste à minimiser la diffusion de la lumière LED dans les pixels adjacents, créant ce qui ressemble à un effet de halo autour du texte et des objets lumineux.

La résolution de ce problème nécessite des modifications structurelles supplémentaires de chaque pixel ainsi que des techniques spécialisées de modulation de la lumière. Mais un autre problème se profile: les téléviseurs utilisant de grandes matrices de miniLED pour la gradation locale consomment beaucoup d'énergie, et les réglementations en attente de l'Union européenne sur la conservation de l'énergie pourraient empêcher ces modèles d'arriver sur le marché.

Afficheurs à diodes électroluminescentes organiques Les OLED sont en développement depuis des décennies, mais il semblait qu'elles ne pourraient jamais franchir la ligne d'arrivée. Difficiles à fabriquer, ils étaient sensibles à l'humidité et au vieillissement différentiel des couleurs. Et vous ne pouviez pas les pousser trop fort, car ils s'épuiseraient rapidement.

Les OLED émettent différentes couleurs de lumière lorsqu'une basse tension est appliquée à travers une jonction de composés organiques. Ces couleurs sont saturées et lumineuses, et les écrans OLED présentent un contraste élevé, des noirs profonds et des angles de vision larges. Contrairement aux panneaux LCD, les OLED sont très minces et peuvent se plier et se déformer. Ces dernières propriétés ont permis de proposer des smartphones et des tablettes pliables, sans oublier les enseignes numériques qui peuvent être enroulées autour de poteaux, de bâtiments, de voitures et d'autres objets.

Il existe deux types d'écrans OLED largement utilisés aujourd'hui. Pour les téléviseurs, les panneaux OLED blancs avec filtres de couleur (WOLED) dominent le marché. (La couleur blanche des écrans RGBW est générée par un composé de produits chimiques organiques bleus et jaunes.) LG Display est la source de tous les panneaux WOLED utilisés dans les téléviseurs OLED, quelle que soit la marque que vous voyez sur la lunette. La technologie sous-jacente utilise une bande de pixels RGBW pour produire des niveaux élevés de luminance (jusqu'à 1000 cd/m2 avec une fenêtre entièrement blanche à 10 %). Les téléviseurs WOLED sont disponibles dans des tailles allant de 42 pouces à 97 pouces.

Le deuxième type d'écran OLED, utilisé dans les produits plus petits tels que les smartphones, possède des émetteurs discrets rouges, verts et bleus (bande RVB). Plusieurs entreprises fabriquent des OLED RVB, parmi lesquelles Japan OLED, Samsung Display et les fabricants chinois AUO et BOE. Alors que les OLED RVB peuvent atteindre des niveaux de luminance de pointe similaires à ceux des WOLED, le plus grand écran OLED RVB actuellement disponible est un moniteur de bureau de 32 pouces.

Le défi pour les OLED RGBW et RGB est le temps de demi-luminosité des matériaux organiques bleus. (Un problème similaire affectait les luminophores bleus dans les tubes image des téléviseurs couleur et les écrans plasma.) Certaines solutions astucieuses ont été conçues pour surmonter ce problème, comme l'utilisation de plusieurs émetteurs bleus, chacun fonctionnant à une luminosité réduite. Une façon d'obtenir plus de luminance d'un écran OLED consiste à utiliser des matrices de microlentilles sur chaque pixel, en collimatant la lumière et en en dirigeant davantage vers l'écran. Cette technique est actuellement implémentée par LG sur sa dernière série de téléviseurs Evo OLED.

Hybrides QD-OLED Une nouvelle technologie d'affichage hybride intelligente combine une pile d'émetteurs OLED bleus avec des points quantiques rouges et verts. Cet hybride QD-OLED a été lancé par Samsung Display l'année dernière au CES dans des tailles d'écran de 55 pouces et 65 pouces et a été rejoint par un téléviseur de 77 pouces lors du salon de cette année (Samsung et Sony vendent tous deux des modèles QD-OLED). Les téléviseurs QD-OLED ont des prix plus élevés que les téléviseurs LCD conventionnels et leur prix est comparable à celui des téléviseurs équipés de points quantiques et des téléviseurs WOLED.

Le grand avantage du QD-OLED est la simplicité des couches d'imagerie - quatre en tout - dans le panneau d'affichage. En tant qu'écran émissif, il présente également d'excellentes performances de contraste, des niveaux de noir profond, une saturation des couleurs élevée et un angle de vision large. L'émetteur OLED bleu est en fait une pile d'OLED bleues plus petites, chacune fonctionnant à puissance réduite pour prolonger leur durée de vie utile. Le reste de la puissance provient des points quantiques, Samsung Display revendiquant une luminance maximale de 2 000 cd/m2 pour les modèles 2023. Considérez le QD-OLED comme un WOLED ou RGB OLED turbocompressé !

Écrans MicroLED Les fabricants d'écrans prototypent désormais des téléviseurs composés uniquement de minuscules émetteurs LED rouges, verts et bleus. Ces écrans LED "micro" peuvent également être utilisés sur une large gamme de produits d'affichage, des montres et téléphones intelligents aux tablettes, écrans d'ordinateur et applications de transport. Pour y parvenir, il faut des rendements de fabrication élevés de puces microLED à un coût raisonnable, ce qui s'est jusqu'à présent avéré être une tâche difficile.

Les avantages des écrans microLED résident dans la simplicité et la qualité de l'image. Au lieu des multiples couches absorbant la lumière des polariseurs, des rétroéclairages et des filtres de couleur dans un écran LCD, il n'y a qu'un ensemble d'émetteurs et de transistors LED pour les allumer et les éteindre. Étant donné que les microLED sont des écrans émissifs, il n'y a aucun problème avec les niveaux de noir et l'aplatissement du contraste lorsqu'ils sont vus sous de grands angles. Et ils sont très lumineux à 1500 cd/m2, bien qu'ils puissent facilement atteindre des niveaux de pointe dépassant 2000 cd/m2.

Bien que plusieurs entreprises recherchent et développent des écrans microLED, seul Samsung propose actuellement des modèles pour les consommateurs. Au CES, ils ont dévoilé un modèle Ultra HD de 76 pouces pour compléter les offres précédentes de 89 pouces, 101 pouces et 110 pouces. Le principal argument de vente du Micro LED CX de 76 pouces est qu'il peut être installé par l'utilisateur final. Cependant, étant donné le prix élevé du modèle 89 pouces précédemment introduit (environ 80 000 $), il s'agira pour l'instant d'un téléviseur haut de gamme ultra-premium.

Même ainsi, de nombreux analystes d'affichage prédisent que les écrans microLED remplaceront probablement toutes les autres technologies d'affichage d'ici la fin de cette décennie, si les coûts de fabrication peuvent être réduits et des rendements élevés atteints. Et il y a de fortes chances que cela se produise. Rappelez-vous que les premiers téléviseurs à écran plasma étaient vendus avec des étiquettes de prix à cinq chiffres, mais qu'en 2010, ils coûtaient bien moins de 1 000 $. Et les premiers moniteurs 4K (pas les téléviseurs) vendus en Amérique du Nord en 2012 coûtaient plus de 20 000 $ ! Aujourd'hui, vous pouvez acheter un téléviseur Ultra HD "intelligent" de 65 pouces pour aussi peu que 400 $ en solde.

Regarder vers l'avantCompte tenu de la popularité des téléviseurs WOLED, vous verrez de plus en plus d'entreprises comme Toshiba et Sharp les proposer en 2023. Les téléviseurs LCD continueront d'être l'offre de téléviseur la moins chère, tandis que les modèles équipés de QD baissent lentement pour suivre le rythme des OLED.

Quant aux téléviseurs microLED, eh bien, si vous avez quatre-vingts mille dollars qui traînent…

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Pete Putman, CTS, KT2B, est le président de ROAM Consulting.

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