Les écrans

Les écrans
L'essentiel
Quelle différence ?
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 Le moniteur à tube cathodique
Ce moniteur est constitué d'un tube en verre dans lequel un canon à électrons émet des
électrons dirigés par un champ magnétique vers un écran où se trouvent des luminophores
(éléments phosphorescents). Ces luminophores constituent des points (pixels) et émettent de
la lumière lorsque les électrons viennent les heurter.
Les principales caractéristiques sont :
- la taille de l'écran
Elle est indiquée en "pouces" et comme pour les téléviseurs, elle correspond à la diagonale
de l'écran (1 pouce = 2,54 centimètres).
- la fréquence de balayage (rafraîchissement)
Responsable de l'absence de scintillement, c'est la vitesse de balayage de l'écran par le
faisceau d'électrons (nombre d'images affichées par seconde) et est exprimée en hertz (Hz).
Plus elle est élevée, plus l'image est stable.
- le pas de masque
Appelé "pitch" (distance entre 2 points de l'écran qui varie selon les techniques utilisées 0.22 pour un écran de 17" et 0.25 pour un 19"), le pas de masque est un type de grille
placée entre l'écran et le canon à électrons. Plus cette valeur est petite, plus les pixels
(points d'image) sont rapprochés et plus l'image est fine.
Les moniteurs à écran plat
Les moniteurs à écran plat (FPD pour Flat Panel Display) se généralisent de plus en plus dans
la mesure où leur facteur d'encombrement et leur poids sont très inférieurs à ceux des écrans
traditionnels à tube cathodique.
De plus, les technologies utilisées dans les écrans plats sont moins consommatrices d'énergie
et n'émettent pas de rayonnement électromagnétique.
Les écrans plats sont caractérisés par :
- la définition : il s'agit du nombre de points (pixels) que l'écran peut afficher, ce nombre de
points est généralement compris entre 640x480 (640 points en longueur, 480
points en largeur) au minimum,
- la taille : Elle se calcule en mesurant la diagonale de l'écran et est exprimée en pouces (un
pouce équivaut à 2,54 cm),
- la résolution : Elle détermine le nombre de pixels par unité de surface (pixels par pouce
linéaire (en anglais DPI : Dots Per Inch, points par pouce en français). Une
résolution de 300 dpi signifie 300 colonnes et 300 rangées de pixels sur un
pouce carré ce qui donnerait donc 90000 pixels sur un pouce carré,
- le temps de réponse : Défini par la norme internationale ISO 13406-2, 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 choisi le plus petit possible (pragmatiquement, inférieur à
25 ms),
- la luminance : 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,
- l'angle de vision vertical et horizontal : Exprimée en degrés, il permet de définir l'angle à
partir duquel la vision devient difficile lorsque l'on
n'est plus face à l'écran.
 L'écran TFT (Twin Film Transistor)
L'écran TFT, technologie dite à matrice active, utilise une matrice de points de cristaux
liquides avec un rétro-éclairage (généralement appelé "dalle"). Des minuscules transistors sont
insérés sous la surface de l'écran pour commander l'allumage de chaque pixel (trois par pixel
et un par couleur)
La lumière est transmise à partir d'une dalle lumineuse à travers un filtre polarisateur avant
d'atteindre la matrice de cristaux. En passant à travers un second filtre polarisateur, elle est
inversée à 90° et passe dans un troisième filtre avant d'atteindre l'écran.
1. Plaque de verre
2 et 3. Polarisants vertical et horizontal
4. Filtre couleur RVB
5 et 6. Lignes de commande horizontales et verticales
7. Polymère d’alignement
8. Billes d’espacement
9. Transistors
10. Electrode frontale
11 Electrodes élémentaires
 L'écran LCD (Liquid Cristal Display)
Autrefois réservé aux matériels informatiques, la technologie LCD est désormais bien présente
dans le domaine de la vidéo.
Fonctionnant sur le principe du rétro-éclairage (lumière traversant les cristaux liquides pour
devenir rouge, bleu ou jaune ou une couleur créée à partir de ces trois couleurs primaires)
fourni par tube néon ou diodes LED (Light-Emitting Diode, en français Diode
ElectroLuminescente), la technologie LCD est basée sur un écran composé de deux plaques
parallèles rainurées semi-transparentes, gravées de sillons et orientées à 90°, entre lesquelles
est coincée une fine couche de cristaux liquides qui ont la propriété de s'orienter lorsqu'elles
sont soumises à du courant électrique pour ensuite produire des pixels.
Un pixel est composé de trois sous-pixels. Ces derniers véhiculent les couleurs primaires
Rouge, Vert et Bleu (RVB). Les nuances des couleurs seront influencées selon la puissance
électrique envoyée dans chaque sous-pixel.
Combiné à une source de lumière, la première plaque striée agit comme un filtre polarisant, ne
laissant passer que les composantes de la lumière dont l'oscillation est parallèle aux rainures.
En l'absence de tension électrique, la lumière est bloquée par la seconde plaque, agissant
comme un filtre polarisant perpendiculaire.
Sous l'effet d'une tension, les cristaux vont progressivement s'aligner dans le sens du champ
électrique et ainsi pouvoir traverser la seconde plaque.
On distingue habituellement deux types d'écrans plats selon le système de commande
permettant de polariser les cristaux :
- les écrans à matrice passive (les pixels sont contrôlés par ligne et par colonne),
- les écrans matrice active (chaque pixel est contrôlé individuellement).
Que les écrans soient à matrice passive ou active, ils ont besoin d'une source lumineuse pour
fonctionner. Les termes suivants définissent la manière par laquelle l'écran est éclairé :
- les écrans réflectifs (écrans éclairés par devant, par une lumière artificielle ou tout
simplement par la lumière ambiante comme pour la plupart des montres digitales),
- les écrans transmissifs (écrans et utilisant un rétro éclairage pour afficher les informations.
Ils sont particulièrement adapté pour un usage en intérieur ou dans des conditions de faible
éclairage mais deviennent difficilement lisibles en plein soleil),
- les écrans transflectifs (écrans utilisant 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. Ils sont particulièrement adaptés pour une
utilisation en intérieur et en extérieur : appareils photo numériques, PDA, …)
Remarque :L'écran est alimenté par une carte électronique appelée "inverter board" (carte
alim-néon en Français). Cette carte convertit les 12 volts continu en une tension
d'environ 1000 Volts en alternatif et c'est souvent elle qui tombe en panne :
l'affichage devient sombre.
Pour vérifier si c'est bien l'inverter, il suffit d'utiliser une lampe de poche pour
éclairer l'écran pour voir ce qui s'affiche (bureau ou souris qui bouge).
 L'écran plasma (PDP pour Plasma Display Panel)
La technologie plasma est basée sur une émission de lumière grâce à l'excitation d'un gaz
composé de 90% d'argon et de 10% de xénon contenu dans des cellules correspondant aux
pixels. Chaque pixel est composé de 3 sous-pixels (ces derniers véhiculent les couleurs
primaires : le rouge, le vert et le bleu), eux-mêmes renfermant un plasma de ce gaz ionisé.
Chaque cellule comporte des électrodes qui exciteront le gaz lorsqu'elles seront soumises à une
tension électrique plus ou moins intense. Cela aura pour effet d'influer sur les nuances de
couleur (256 niveaux pour chaque couleur) et de produire alors de la lumière dans la gamme
des ultraviolets
Grâce à une substance luminescente (luminophore) répartie sur les cellules, le rayonnement
lumineux ultraviolet est converti en lumière visible, ce qui permet d'obtenir des pixels de 16,7
millions de couleurs.
L'intensité de chaque couleur est obtenue en modulant la valeur de la tension appliquée entre
les électrodes et la fréquence de l'excitation.
 L'écran à LED (Light-Emitting Diode)
Les écrans à LED (en français, Diode ElectroLuminescente) sont des écrans LCD, simplement
que le rétro-éclairage s'effectue par LED et non par tube néon.
3 technologies de rétro-éclairage :
- par LED directe : seule la dalle est constituée de LED sont placées à l'arrière du panneau
LCD,
- par LED Edge : les LEDs sont placées sur le côté de l'écran :
. avantage : diminution de l'épaisseur de l'écran.
. inconvénient : une perte de rendement.
- par OLED (Organic Light-Emitting Diode en français, diode électroluminescente organique)
qui n'utilise ni de dalle, ni de cristaux liquides. La structure de la diode consiste à superposer
plusieurs couches semi-conductrices organiques entre deux électrodes dont l'une (au moins)
est transparente.
Chaque point reçoit une LED à triple entrée (une par couleur de base). En jouant sur la
tension appliquée sur chaque borne, on allume plus ou moins chaque couleur.
La technologie LED a 3 avantages :
- grande résistance au choc,
- très longue durée de vie,
- consommation très faible d'électricité.
 L'écran 200 Hertz
Par définition, une fréquence de rafraîchissement ou fréquence de balayage indique le nombre
de fois qu’une image est rafraîchie sur l’écran en une seconde. Elle est exprimée en Hertz
(Hz).
En règle générale une scène vidéo comprend 25 à 30 images par secondes (soit 25 à 30 hertz).
Pour fluidifier l’ensemble, la fréquence d’image a dû être artificiellement doublée (60 Hz) par
un écran noir ou par une image intermédiaire.
Néanmoins, l’image manque de netteté. Pour cela il suffit d'augmenter la fréquence de
balayage à 200 hertz afin d'obtenir plus de netteté et plus de précision dans l’image, même
dans les scènes les plus rapides
 Fonctionnement de la technologie résistive
L’écran tactile est constitué de deux couches, l’une en verre sur laquelle repose une deuxième
couche en plastique souple (l’écran tactile de votre smartphone). Ces deux couches sont
séparées par de minuscules patins isolants afin de délimiter les pixels de l’écran et d’une
couche d’oxyde métallique pour permettre la conduction d’un courant électrique
Lorsque l’utilisateur exerce une pression sur un point précis de l’écran, la surface en plastique
souple entre en contact avec l’écran en verre. Les deux surfaces entrent en contact, ce qui
entraine une variation dans les champs électriques des deux faces, qui sera retransmis en
information et traité par l’algorithme de calcul intégré dans l’appareil.
 Fonctionnement de la technologie capacitif (utilisée par les smartphones)
La surface en verre de l’écran est recouverte d’un matériau (transparent et de faible épaisseur)
qui est conducteur, généralement de l’ITO (Indium Tin Oxide, oxyde d’étain et indium). Cette
couche est reliée à des électrodes déposées sur les bords de l’écran. On crée ainsi un champ
électrique uniforme à la surface de l’écran.
L’approche d’un doigt perturbe le champ électrique qui est détectée par l’électronique de
contrôle.
Fonctionnement de la technologie in-cell
Utilisée dans la gestion sur multi touch sur l'iPhone ou encore l'iPad et l'iPod touch, la
technologie In-cell intègre le capteur et le contrôleur dans une seule couche (in cell). Avec ce
système, la partie électronique qui détecte le doigt sur la dalle de verre, est intégrée dans la
partie en verre et n’est donc plus une des couches à part entière de la dalle.
En réduisant ainsi la conception d’une couche de verre, l’écran est plus fin.