Les écrans LCD boostés par l'arrivée des Led

Stéphane Reynaud

L'Ordinateur Individuel

le 31/07/2007 à 14h31

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La plupart des grands constructeurs d’écrans LCD l’ont annoncé : à partir de 2008, ils ne produiront plus que des modèles à rétroéclairage par Led (Light Emitting Diode ou diodes électroluminescentes) en lieu et place de la classique technique à base de tubes néon (ou CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamps, pour cathode fluorescente froide).

Pourquoi un tel changement ? D’abord parce que le rétroéclairage par tubes néon, bien que maîtrisé d’un point de vue technique, peu coûteux à produire, et employé par la quasi-totalité des écrans LCD actuels, ne permet pas de gérer la luminosité de façon suffisamment précise. La lumière émise par ces néons est uniforme sur toute la longueur des tubes ce qui ne permet pas de faire varier l’intensité du flux lumineux selon la zone de l’image.

Une durée de vie améliorée

Ensuite, cette technologie ne produit pas de vrais noirs, mais seulement des gris très foncés (puisque les tubes sont allumés en permanence). Plus grave, les néons ne permettent pas aux écrans LCD de reproduire la totalité de l’espace colorimétrique (le Gamut, comme l’appellent les spécialistes) ce qui se traduit généralement par des images aux couleurs plus ternes. En outre, ces tubes consomment une quantité substantielle d’énergie électrique limitant d’autant l’autonomie des ordinateurs portables et augmentant d’autant la dissipation thermique. Mais plus gênant encore, leur durée de vie est par nature limitée (de 30 000 à 50 000 heures), ce qui conditionne celle des écrans LCD.

Autant de faiblesses dont ne souffre pas la technologie de rétroéclairage par Led. Et pour cause : il s’agit cette fois d’utiliser, à la place des tubes, une grande quantité de minuscules diodes électroluminescentes, de trois couleurs (une rouge, une verte et une bleue, afin de créer un blanc composite) ou tout simplement blanches, espacées de quelques millimètres et réparties à l’arrière de la dalle à cristaux liquides, sur toute sa superficie. Il est dès lors possible de n’éclairer que certaines diodes pour illuminer une zone précise, d’où un contraste plus marqué.

La luminance est aussi bien supérieure : elle atteint 500 cd/m² avec les Led de dernière génération contre environ 350 cd/m² en technologie CCFL. Mais plus que tout, le recours aux diodes offre aux écrans LCD qui les exploitent une prise en charge de l’intégralité de l’espace colorimétrique, d’où des couleurs plus éclatantes.

Plus économes en énergie

Les diodes consomment également moins d’énergie et se contentent pour fonctionner d’une tension d’alimentation de l’ordre de 3,5 V contre 400 à 500 V pour les tubes CCFL (en sortie de convertisseur interne). Elles offrent également une tolérance accrue au niveau de leur température de fonctionnement, qui s’étend de -20 à +70  C, contre 0 à +50  C avec les tubes. Et, finalement, leur durée de vie atteint allégrement les 100 000 heures.

Face à toutes ces qualités, le véritable inconvénient du rétroéclairage par Led est à chercher du côté de son coût. Déjà élevé, il dépend directement de la taille de la dalle LCD (ce qui n’est pas le cas avec les tubes), ce qui explique que son usage ne soit pas envisagé sur les écrans de très grande dimension, du moins pour l’instant. En attendant, les écrans à rétroéclairage Led ont déjà fait leur apparition sur le marché, comme en témoignent la console portable PSP de Sony, les téléviseurs Full HD LE40M91 et LE40F7 de Samsung, ou les derniers ordinateurs portables MacBookPro 15 pouces signés Apple.

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A - La lumière est orientée selon un axe.
Qu’elle s’appuie sur un rétroéclairage par tubes néon ou par Led, la technologie LCD exploite toujours le même principe de fonctionnement. La lumière émise passe d’abord par un filtre de diffusion afin d’assurer son homogénéité. Elle traverse ensuite un filtre polarisant vertical (ou horizontal selon le cas) qui ne laisse passer que les composantes de la lumière dont l’oscillation est parallèle aux rainures.

B - Des transistors contrôlent le passage de la lumière.
Avec la technologie dite à matrice active TFT (Thin Film Transistor), la seule employée aujourd’hui dans les écrans LCD, les faisceaux lumineux traversent ensuite une mince plaque transparente de transistors (trois transistors pour chacun des pixels affichés à l’écran, un pour le rouge, un pour le vert, un pour le bleu), chacun contrôlant l’orientation des cristaux liquides de la couche suivante.
Chaque transistor peut mémoriser son état et, le cas échéant, le maintenir entre deux balayages successifs. C’est à ce niveau que l’on contrôle le passage de la lumière (donc l’éclairage des pixels) en fonction des données du signal vidéo (c’est-à-dire de l’image à afficher).

C - Les cristaux liquides changent l’axe de la lumière.
Lorsqu’ils sont au repos, c’est-à-dire en dehors de toute tension électrique, les cristaux liquides constituent autant de “ bâtonnets ” alignés parallèlement et disposés dans le même axe que les rainures du premier filtre polarisant. Avec cette orientation, ils laissent passer le ou les flux lumineux.
S’ils sont soumis à une tension, ces cristaux se décalent les uns par rapport aux autres comme s’ils subissaient une torsion de façon à modifier l’axe du flux lumineux qui les traverse. Vertical à l’origine, le flux lumineux devient alors horizontal (ou l’inverse selon l’orientation du premier filtre polarisant).

D - La lumière est colorée par un filtre.
Ces flux lumineux traversent alors un filtre de couleur RVB qui va donner une teinte à chacun d’eux. Ils sont alors confrontés à un second filtre polarisant dont les rainures sont perpendiculaires à celles du premier. Si les flux lumineux n’ont pas vu leur axe modifié par les cristaux liquides au cours du processus, ils sont alors bloqués par ce second filtre. Dans le cas contraire, ils le traversent et forment alors les pixels à l’écran.

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Au lieu d’être produite par des néons (en haut), la lumière blanche est ici obtenue en combinant trois Led de couleurs rouge, verte et bleue (en bas). Pour le reste, la technologie utilisée est exactement la même.