Généralités sur les diffuseurs LCD et LED :
 
Comme vous le savez déjà, les signaux de type vidéo ont pour habitude de séparer les informations de luminance et de chrominance. Il faut ici garder à l'esprit que ces deux types d'informations ont été dissociées car l'œil humain est plus sensible aux différences de luminosité que de couleurs.  
 
A la restitution sur nos téléviseurs, ces deux types d'informations sont traitées séparément. La luminance ( les informations relatives à la luminosité ) est traitée dans un téléviseur par un système appelé backlight tandis que la chrominance ( les informations relatives aux couleurs ) est traitée par un système appelé dalle, composé de plusieurs couches.
 
Nous allons essayer de regarder les différences de technologies entre les diffuseurs LCD et LED.
 
 
Diffuseur LCD :
 
La retranscription des couleurs d'une scène sur un téléviseur LCD est assuré par des cristaux liquides couleurs. Chaque pixel de la dalle est composée de cristaux liquides de couleur Rouge, Vert et Bleu.  
 

 
La technologie LCD appliqué à la télévision a amené différents type de dalles LCD :
 
TN (Twisted Nematic) : Noir et blanc
Elle fut la plus répandue et la plus économique malgré des insuffisances dans le rendu des couleurs et leur contraste, ainsi qu’un fort traînage.
 
DSTN (Dual scan twisted nematic) : Noir et blanc
Cette technologie offre une meilleure stabilité de l’image grâce à l’introduction d’un double balayage.
 
TFT (Thin-film transistor) : couleur
Composée d'une matrice de transistors en film mince, trois par pixel de couleurs, qui permet de mieux contrôler le maintien de tension de chaque pixel, pour améliorer le temps de réponse et la stabilité de l’affichage. La technologie TFT dite à « matrice active », a permis d’obtenir des temps de réponse inférieurs à 10 ms. Le contraste reste toutefois limité à environ 300:1.
 
IPS (In-Plane Switching) : couleur  
Développée par Hitachi en 1996, il perfectionne la technologie TFT en utilisant des cristaux liquides dont l’axe est parallèle au plan de l’écran. L’angle de vision est très large mais le nombre de transistors double, diminuant la transparence. Il est sujet au fourmillement pour les films.
 
MVA (Multi-domain Vertical Alignment) : couleur  
A été introduit en 1998 par Fujitsu, qui améliore sa technologie VA, en intégrant plusieurs domaines de réfraction par cellule, augmentant ainsi la qualité du noir (<1 cd/m2), la réactivité et permettant d’améliorer fortement le contraste utile et des angles de vision homogènes.  
 
PVA (Patterned Vertical Alignment) : couleur  
Réalisé par la compagnie Samsung, où les couleurs noires atteignent 0,15 cd/m2 permettant un contraste de 1000:1. Les écrans MVA sont opaques au repos. Les écrans PVA sont plus sujets au fourmillement dans les films que les dalles TN et MVA.
 
La retranscription de la luminosité d'une scène sur un téléviseur LCD est assurée par des tubes à cathode froide ( technologie CCFL pour Cold Cathode Fluorescent Lamp ). L'exemple typique d'application industrielle rendu possible par le CCFL est le tube à néon. Le backlight d'un téléviseur LCD est donc composé de plusieurs tubes à néon placés horizontalement d'un côté à l'autre de notre écran LCD :
 

 
 
Diffuseur LED :
 
Sur un téléviseur LED, le backlight n'est plus assuré par des tubes à néons mais par des diodes électroluminescente ( LED pour Light-Emitting Diode ), qui ont l'avantage d'être plus petites et positionnable en plus grand nombre, moins fragiles, plus économes au final, offrant un meilleur contraste :
 

 
Evidemment, les industriels cherchent à optimiser la disposition des LED du backlight ce qui amène plusieurs types d'écrans LED :  
 

 
Edge LED : Les dels entourent le périmètre de l'écran (en partie ou en totalité). En moyenne on trouve entre 200 et 400 DELs. Ces LED encadrent et éclairent une seule plaque photoconductrice qui propage la lumière derrière l'écran principal.
 
Edge LED vertical : Ce type de rétroéclairage permet de réduire de façon significative la consommation d'énergie car il utilise une seule rangée de LED organisées sur trois plans qui est placée verticalement sur seulement un côté.  
 

 
Edge LED Local Dimming : Les LED sont situées sur des rampes positionnées en bas de plusieurs plaques photoconductrices découpées en différentes zones. Chaque zone peut être gérée indépendamment des autres.  
 
Full LED : Cette solution consiste à avoir des LED sur l'ensemble du panneau rétroéclairant. La source lumineuse éclaire directement l'écran ACL. Le nombre de LED est plus important que sur la technologie "Edge LED". L'uniformité de la luminosité et le contraste sont donc meilleurs puisque la lumière est retransmise directement. Le seul inconvénient est que la TV devient un peu plus épaisse qu'avec le "Edge LED.
 

 
Full LED Slim : Ce type de rétroéclairage diffusé en premier par LG regroupe les concepts de rétro-éclairage par l'arrière, par zone et tout en étant très fin. Chaque zone est une mini plaque qui est éclairée par le bas (comme une led edge) et la plaque conduit la lumière sur sa surface. Chaque plaque est suffisamment petite pour être comparable à une technologie "Full LED" et elles peuvent être réglées indépendamment les unes des autres.  
 
Full LED Local Dimming :  Ce système de rétroéclairage présente les mêmes avantages que le Full LED simple, auquel s'ajoute la possibilité de traiter la luminosité des dels par zone. Ceci permet d'éclairer avec différentes luminosités une même image. Cela permet d'augmenter encore le taux de contraste.  
 

 
Full LED Nano :  La nanotechnologie est à la base de cette nouvelle technologie. Les plaques de LED sont remplacées par un film réflecteur contenant une fine couche de résine et des nano-lentilles. Cela permet d'améliorer la diffusion des LED et de diminuer leur espacement. Il est ainsi possible d'augmenter leur nombre. Cette technologie permet également de réduire l'épaisseur générale de l'écran.  
 
Full LED RGB :  Similaire au Full LED, il utilise des dels rouges, verts et bleus à la place des dels blanches. meilleur contraste et meilleur précision dans la gestion des couleurs affichées.  
 
 
Voici le tableau comparatif des différents types de diffuseurs LED :
 

 

 
 
Généralité sur les diffuseurs OLED :
 
Une diode électroluminescente organique ( OLED pour Organic Light-Emitting Diode) est un composant qui permet de produire de la lumière. La structure de la diode est relativement simple puisque c'est une superposition de plusieurs couches semi-conductrices organiques entre deux électrodes dont l'une (au moins) est transparente. Le terme organique vient du fait que les composés de l'OLED sont basés sur le carbone.
 

 
La propriété électroluminescente de l'OLED ne nécessite pas l'introduction d'un rétroéclairage ce qui confère à l'écran des niveaux de gris plus profonds et une épaisseur moindre. La flexibilité de ces matériaux ( FOLED pour Flexible organic light-emitting diode ) offre aussi la possibilité de réaliser un écran souple et ainsi de l'intégrer sur des supports très variés comme les plastiques.
 

 
La technique OLED possède de nombreux avantages par rapport aux LCD :
• Meilleur rendu des couleurs (100 % du diagramme NTSC).
• Meilleur contraste (jusqu’à 1 000 000:1).
• Lumière plus diffuse (moins directive) : angle de confort de vision plus étendu ( en vertical et en horizontal ).
• Consommation d'énergie équivalente au LCD ( gain d'énergie sur les scènes sombres, pertes sur les scènes claires ).
• Minceur et souplesse du support.
• Temps de réponse < 0,1 ms ( entre 3 et 30ms pour le LCD ).
• Enfin, le noir des OLED est « vrai », c'est-à-dire qu'aucune lumière n'est émise, contrairement aux LCD utilisant un rétro-éclairage qui a tendance à filtrer à travers la dalle dans les noirs. Les LCD perdent également la moitié de leur puissance lumineuse à la polarisation de la lumière plus encore 2/3 de leur puissance au passage des filtres de couleur : finalement, on perd 8/9 de la puissance lumineuse. En comparaison, la technique OLED est beaucoup plus économe.
 
Les OLED ont trois inconvénients majeurs :
• Le principal défaut des OLED est leur durée de vie : 14 000 heures pour les OLED bleues, 25 000 heures pour les OLED rouges, 40 000 heures pour les OLED vertes. On estime qu’il faudrait une durée de vie d’environ 50 000 heures pour qu’une dalle OLED puisse jouer le rôle de téléviseur. Cette faible durée de vie comparée aux écrans LCD et aux écrans plasma freine le développement commercial de cette technologie.  
• Les matériaux organiques des OLED sont sensibles à l’humidité, d’où l’importance des conditions de fabrication et de leur confinement dans l’écran (notamment pour les écrans flexibles).
• Enfin, les OLED sont une technique propriétaire, détenue par plusieurs sociétés dont Eastman Kodak, ce qui pourrait constituer un frein au développement de la technique jusqu’à ce que les brevets tombent dans le domaine public.
 
 
Diffuseur OLED :
 
Types de dalles OLED :
 
Une Matrice Active OLED ( AMOLED pour Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) est un type d’écran qui associe une technique de matrice active et une technologie OLED. Cette technique permet la réalisation d’écrans de grandes dimensions, à forte résolution et à plus faible consommation électrique par rapport aux écrans à matrices passives. Avec ce type de configuration, chaque pixel est commandé indépendamment des autres.  
 

 
Parmi les AMOLED, citons les dalles LPTS ( pour low temperature polycrystalline silicon ) qui ont été majoritairement utilisée depuis 2007 jusqu'en 2013 pour produire des diffuseurs OLED d'une certaine taille. Malheureusement cette technologie limite la taille maximale de ces écrans à 40 pouces et reste exploitée pour les portables, tablettes et smart phones. Pour lever cette contrainte, d'autres type de dalles OLED utilisant l'A-SI ou l'OXYDE TFT ( Sony, Panasonic, LG ) ont fait leur apparition par la suite.
 
Une matrice passive OLED ( PMOLED ) est moins coûteuse à produire qu’une matrice active grâce à sa technique d’adressage qui ne requiert pas l’intégration de circuits sur chaque pixel. Ces écrans sont à faibles résolutions et limités en dimensions, souvent entre 4 ou 5 cm avec l’affichage de simples caractères et sans mode vidéo.
 
Types de pixels OLED :
 
Le matriçage des pixels sur la dalle OLED est de deux types : RGB ou WRGB ( appelé aussi W-OLED ).
 
• RGB : Un pixel est représenté par un OLED vert, rouge et bleu. Panasonic et Samsung ont exploité ce matriçage sur leurs diffuseurs OLED. Le processus de matriçage est obtenu par impression, par laser, ou par évaporation.
• WRGB : Un pixel est représenté par un OLED vert, rouge, bleu et blanc. LG et Sony ont exploité ce matriçage sur leurs diffuseurs OLED. Le processus de matriçage est obtenu par impression avec filtre de couleur.
 
Voici une comparaison entre la technologie RGB et WRGB :
 

 
 
Généralité sur les diffuseurs QDLED :
 
Ils sont minuscules, leurs dimensions se mesurent en nanomètres, soit en milliardièmes de mètre, mais ils sont sur le point de révolutionner des secteurs industriels aussi variés que la télévision, l’énergie ou le diagnostic médical. Les boîtes quantiques (QD pour Quantum Dots), ou nano cristaux semi-conducteurs, ont été découverts il y a une trentaine d’années et font depuis l’objet de recherches de plus en plus nombreuses, à mesure que leur potentiel se dévoile.
 

 
Les QD peuvent fournir une alternative pour des applications telles que la technologie d'affichage ( on parle alors de QDLED ). Le QDLED est assez similaire à l'OLED car il n'y a pas besoin de backlight dans un diffuseur à base de QDLED. Contrairement au LED, le QDLED peut être déposé sur de grandes surfaces et sur des substrats flexibles ou non plats. L'émission de lumière de l'OLED à tendance à se dégrader et l'OLED est sensible à l'humidité et à l'oxydation. Les QDLED ont l'avantage de ne pas se dégrader, ce qui en fait des candidats idéal pour les écrans de télévision. Un QDLED est en même temps photo-active (photoluminescent) et électro-actif (électroluminescent).
 
Les avantages sont les suivants :
• A rendement lumineux égal, le QDLED consomme 30 à 50% moins d'énergie que le LED.  
• Le QDLED est 50 fois plus lumineux que le LCD.
• Le QDLED, comme l'OLED, est soluble dans des solvants aqueux ou non aqueux ce qui lui permet d'être déposé par impression ou évaporation sur des supports flexibles et plastiques.
• Le QDLED est inorganiques, offrant le potentiel de durée de vie améliorée par rapport à OLED.
• Le QDLED restitue 140% de l'espace colorimétrique sRGB quand le LED n'en restitue que 98% maximum.
 
Il y a un inconvénient :
• Les QDLED de couleur bleu nécessitent un contrôle de synchronisation de haute précision lors de la réaction : la lumière du soleil contient une luminosité à peu près égales de rouge, vert et bleu, un pixel d'un diffuseur doit donc produire une luminosités égales en bleu, rouge et vert. L'œil humain nécessite de percevoir un bleu environ cinq fois plus lumineux que le vert, ce qui nécessite 5x plus de puissance pour le QDLED bleu.
 
Diffuseur QDLED :
 
Il n'y a pas encore de diffuseur exploitant le QDLED uniquement ! Néanmoins, pour ses écran haut de gamme, Sony utilise des quantum dot de la société QDvision (led de couleur qui éclaire un nano cristal) pour obtenir le rétroéclairage très précis RGB des écrans dit "triluminos". Il s'agit donc ici d'un backlight à base de QDLED au lieu de LED et non d'un diffuseur QDLED ( sous entendu sans backlight et uniquement à base de QDLED ).
 
Le résultat à l'image est une restitution plus importante de nuances de couleurs dans un espace de couleur étendue :