Les appareils mobiles ont tous le point commun de posséder un écran. Mais tous les écrans ne se valent pas, que ce soit par leur conception ou la technologie qu’ils utilisent. À travers ce dossier, nous allons donc aborder les différences qui peuvent exister entre les écrans et tenter de démystifier les termes techniques utilisés par les constructeurs.

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Ce premier article sur les écrans va nous permettre de fabriquer de la connaissance à partir de l’information. Comme avec nos dossiers sur la 4G LTE, ou encore la LTE-Advanced et les technologies de batteries, nous vous proposerons une série de dossiers de décryptage des technologies qui régissent nos appareils mobiles. Si ce dossier porte sur les écrans, il n’y sera pas question des définitions ni des résolutions d’écran qui seront traitées à part.

 

Quelle technologie tactile ?

Il existe deux types de technologies pour rendre une dalle tactile. Tout d’abord la dalle résistive. C’est une plaque de verre conductrice recouverte par un film plastique dont la surface est elle aussi conductrice. Il y a un espace entre les deux couches ainsi qu’une face protectrice pour le film plastique. La sensation est donc peu naturelle et rebute souvent les utilisateurs. Cette technologie n’est donc plus utilisée aujourd’hui, on la retrouvait sur les premiers appareils tactiles. Elle a été remplacée par les dalles capacitives : une couche, à base d’indium, est posée sur le verre. Lorsque le doigt est posé sur le verre, la charge électrique est récupérée par le doigt. Le système connaît la position du doigt en fonction de la fuite du courant. Ce type de système fait passer 90 % de la luminosité contre 75 % pour un résistif. C’est celui qui est utilisé depuis plusieurs années et a été connu du grand public notamment avec l’arrivée de l’iPhone.

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Une nouvelle technologie basée sur les dalles capacitives a vu le jour, c’est le ZeroGap Touch qui est utilisée par LG notamment dans l’Optimus G. La couche tactile capacitive est directement imprimée sur la dalle en verre au lieu d’être posée sur cette dernière. Ainsi, l’épaisseur de la couche est réduite, permettant un toucher plus direct et moins de réflexion de lumière. Cela permet également de réduire les bords du smartphone.

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Quelles sont les différences entre le LCD, l’OLED et l’AMOLED ?

La dalle d’un écran est équipée de plusieurs éléments. Parmi eux, on retrouve les cristaux liquides qui équipent les écrans LCD. Pour les écrans PMOLED et AMOLED, les cristaux liquides sont remplacés par des diodes électroluminescentes organiques. La principale différence provient de la source de lumière. Les LCD nécessitent un rétroéclairage (tubes ou LED) alors que pour le PMOLED et l’AMOLED, ce sont les diodes qui produisent leur propre lumière. Les écrans AMOLED sont des écrans OLED à matrice active alors que les PMOLED possèdent une matrice passive. Le PMOLED est réservé aux appareils ne nécessitant pas un affichage performant car la source d’énergie ne permet pas d’afficher des images très rapides. On les retrouve sur les anciens lecteurs MP3 par exemple. Sur nos appareils mobiles, on retrouve l’AMOLED ou le LCD.

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L’écran AMOLED du Galaxy S5

L’avantage du fonctionnement de l’AMOLED est de taille, sans mauvais jeu de mot, puisqu’on économise la place occupée par le système de rétroéclairage nécessaire pour le LCD. Ce qui permet également d’avoir des écrans flexibles. L’AMOLED présente de nombreux avantages par rapport au LCD : un meilleur rendu des couleurs et un contraste pratiquement infini. En effet, le noir est obtenu en éteignant la diode. Alors que sur le LCD, le noir peut tirer vers le gris car le rétroéclairage est toujours allumé. Ainsi, l’AMOLED est plus économe en énergie que le LCD. Le temps de réponse de l’AMOLED est inférieur au LCD, de l’ordre de < 0,1 ms. 

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Toutefois, il existe des contreparties à l’utilisation d’écrans AMOLED. Ces derniers sont plus coûteux, pour le moment, à fabriquer et les capacités de production ne sont pas très élevées. Ils se détériorent également plus rapidement que les LCD à cause de la couleur bleue qui perd de son intensité au fil des utilisations. Mais les constructeurs peuvent intégrer des systèmes de compensation (sous-pixels bleus moins nombreux mais plus large et des mécanismes de variation d’intensité) pour permettre à l’écran de bénéficier d’une meilleure durée de vie. L’AMOLED est également plus sensible à l’humidité.

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La dalle IPS du Nexus 5

Le LCD est une technologie d’affichage ancienne qui a succédé au CRT, les vieux tubes cathodiques. Le LCD existe depuis le début des années 70 même s’il n’a été diffusé largement que plus tard. Parmi les dalles LCD, on retrouve plusieurs technologies. La TN était la technologie la plus employée, mais c’est celle qui est la moins qualitative. Les technologies IPS, S-IPS et FFS se ressemblent et permettent d’augmenter les angles de visions. D’année en année, toutes ces technologies évoluent, que ce soit au niveau du contraste, de la fidélité des couleurs ou de la consommation. Le FFS et S-IPS sont souvent indiqués sur les fiches techniques comme étant des dalles IPS. De fait, seuls les tests approfondis permettent de réellement différencier la technologie utilisée dans la dalle. De nombreuses avancées technologiques ont permis de rendre l’IPS compétitif face à l’AMOLED.

 

Les transistors qui alimentent les pixels des LCD

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Les pixels des dalles sont constitués transistors pour pouvoir les piloter. Il existe plusieurs méthodes pour fabriquer ces transistors. La méthode la plus répandue actuellement est la technologie de fabrication qui utilise du silicium amorphe hydrogéné (a-Si). Depuis quelques années, on entend parler d’IGZO. C’est une technologie portée par Sharp basée sur l’Indium, le Gallium, le Zinc et l’Oxyde. Elle possède deux avantages par rapport à l’a-Si. Elle laisse davantage passer la lumière, ce qui lui permet de se contenter d’un rétroéclairage plus faible et de consommer moins d’énergie. Son autre avantage est la taille des transistors qui permet de mettre plus de pixels sur une dalle et de bénéficier d’une définition plus élevée.

Le LTPS est basé sur le silicium polycristallin fabriqué à basse température. Le gain est à peu près le même que pour l’IGZO : une plus grande résolution. L’électronique est intégrée directement à chaque pixel, ce qui prend moins de place. Le LTPS est supérieur à l’IGZO en termes de rendu mais légèrement plus cher à produire. Cependant, il est disponible dans des quantités plus larges.

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La physique quantique au service de nos écrans

Les quantums dots, ou boîte quantique, sont une technologie qui pourrait bien chambouler le domaine de l’affichage LCD ces prochaines années. Les quantum dots prennent la forme d’un filtre à apposer à l’intérieur de la dalle. La lumière émise par les LED de l’écran LCD est transformée lorsqu’elle traverse le filtre. Ce qui permet aux écrans d’afficher des couleurs les plus fidèles possibles. Les LED blanches sont remplacées par des LED bleues.

A la manière d’un écran OLED, les écrans LCD dotés des quantums dots permettent d’afficher 40 % d’espace colorimétrique en plus tout en consommant 20 % d’énergie en moins. Pour le moment, cette technologie se retrouve uniquement dans la tablette Kindle Fire HDX 7 d’Amazon qui produit des résultats excellents, comme l’a montré le test de DisplayMate. L’AMOLED n’est pas présent sur les tablettes du fait de la complexité et du coût de fabrication des grandes diagonales de dalles équipées de cette technologie. Les LCD quantum dots seraient donc présents sur les tablettes et TV même si les rumeurs indiquent qu’une tablette Samsung AMOLED serait en préparation. Mais le coût élevé de l’AMOLED laisse la place aux quantum dots dont le filtre semble être bien moins cher à intégrer aux écrans LCD.

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Le Kindle Fire HDX7 et ses quantum dots

Les dalles PenTile : plus de pixels mais moins de sous-pixels

Dans une dalle, un pixel est composé de trois sous-pixels : un bleu, un rouge et un vert. Mais l’œil humain ne perçoit pas de la même manière chaque couleur et chaque couleur possède une efficacité différente. C’est pourquoi les constructeurs de dalle réduisent la taille des sous-pixels verts et augmentent la taille des rouge et bleus. Il est possible d’aller plus loin en réalisant des pixels dotés de seulement deux sous-pixels.

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C’est le cas des dalles AMOLED PenTile RGBG de Samsung. La moitié des pixels est composée de bleu et de vert quand l’autre moitié comporte du vert et du rouge. Les dalles dotées de grandes résolutions sont donc plus faciles à fabriquer mais la résolution annoncée est uniquement atteinte par les sous-pixels verts, les bleus et rouges étant deux fois moins nombreux. Cela ne pose pas de problème pour les photos et les vidéos mais peut poser des soucis de lisibilité pour le texte. Mais le Samsung Galaxy S4, qui utilise cette technologie, n’est pas touché par ce problème du fait de sa résolution très élevée (441 pp). On pouvait retrouver cet effet sur le Droid RAZR de Motorola à cause de sa résolution plus faible (312 ppp).

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Une autre technologie, PenTile RGBW, s’applique aux écrans LCD. C’est le même principe que pour les écrans AMOLED : chaque pixel utilise seulement 2 sous-pixels. Soit des sous pixels blancs et bleus, soit des sous pixels rouges et verts. Il y a donc 33 % de sous-pixels colorés en moins. L’avantage est que le sous-pixel blanc permet de laisser passer plus de lumière, augmentant alors la luminosité de l’écran et permettant une baisse de la consommation. Mais la problématique reste la même que pour le PenTile RGBG, il faut que l’écran soit doté d’une résolution élevée pour ne pas percevoir de problème de netteté.

Pourra-t-on un jour avoir des smartphones sans aucun bord ?

C’est un peu le rêve de la plupart d’entre nous, de disposer d’un terminal équipé d’une dalle qui prendrait toute la place, sans bords apparents. Mais cela n’est pas possible dans l’immédiat pour plusieurs raisons. Les écrans sont actuellement composés de plusieurs couches qui doivent être collées entre elles. À ces endroits, aucun affichage ne peut être proposé. Des bords doivent également être présents pour retenir l’écran sur le smartphone. Enfin, la fragilité des écrans impose qu’ils soient protégés par une bordure. Mais il est certain qu’on arrivera aux écrans sans aucun bord, les constructeurs allant dans ce sens et les obstacles n’étant pas insurmontables.

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Des nouvelles technologies basse consommation

De nombreuses technologies d’écrans existent pour permettre à nos smartphones et autres appareils connectés de disposer d’une autonomie supérieure à la journée. C’est par exemple le cas des écrans solaires Wysips développés par l’entreprise française Sunpartner Technologies. Ils se retrouveront dans la prochaine version du smartphone de TAG Heuer, le Meridiist. C’est en fait un filtre qui vient se coller sous l’écran et qui permet à des cellules photovoltaïques de capter une partie de la lumière (artificielle ou naturelle) pour recharger la batterie du smartphone. Le filtre laisse passer 90 % de la lumière émise par la dalle, ce qui pourra avoir une incidence sur la luminosité et le rendu des couleurs. Dans une déclinaison plus abordable, le dernier Mobile World Congress 2014 a été le théâtre d’une autre démonstration, celle d’un Alcatel One Touch d’entrée de gamme équipé d’un tel filtre photovoltaïque, dans une optique de démocratisation. Il s’agirait plutôt de proposer un smartphone destiné aux marchés émergents et capable d’assurer une charge secondaire lorsqu’aucune prise n’est à portée de main (sa capacité de charge n’est que de 2,5 milliwatts/cm2 au maximum).

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L’encre électronique permet également de réaliser d’importantes économies d’énergies. Le principe est assez simple : c’est la lumière du jour qui éclaire le papier électronique. L’énergie est utilisée uniquement pour changer le contenu de l’affichage. L’écran ne consomme pas d’énergie si l’affichage ne change pas. On retrouve ce type d’écran dans le Yota 2 que nous avons pu prendre en main au MWC. Ce smartphone possède en fait deux écrans : un LCD et un e-ink. Le LCD est utile pour les tâches qui requièrent un affichage en couleur alors que l’écran e-ink peut servir pour les SMS ou les appels. Ce second écran peut également rester allumé en permanence pour afficher les notifications sans consommer trop d’énergie.

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L’Active Display de Motorola utilise les écrans AMOLED pour afficher des notifications sur l’écran sans consommer trop de batterie. L’AMOLED produit du noir sans consommer d’énergie, en éteignant seulement les diodes. Motorola affiche donc sur une zone de l’écran les notifications, consommant alors peu d’énergie.

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La montre Toq de Qualcomm utilise un écran doté de la technologie Mirasol. Celle-ci permet de réfléchir ou d’absorber la lumière naturelle ou artificielle afin d’afficher une image sur l’écran. C’est à peu près le même fonctionnement que l’e-ink mais on bénéficie ici de la couleur. En cas de sombre luminosité, la montre intègre un petit rétroéclairage.

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Les écrans du futurs : flexibles ou incurvés ?

LG G Flex

Le LG G Flex que nous avons pu tester possède un écran courbé. C’est le cas également du Samsung Galaxy Round. Ce format est autorisé grâce à l’utilisation d’une dalle Plastique OLED. La dalle en elle même est flexible mais le reste du téléphone ne l’est pas, ce qui fait que l’écran est uniquement courbe. Anandtech avait pu tester l’écran en dehors du smartphone, ce qui a permis de la tordre dans tous les sens pendant qu’une vidéo était projetée.

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Dans le futur, il semble probable que nous possédions des smartphones flexibles. Samsung compte proposer ce genre de terminal d’ici 2016. Apparemment, le constructeur aurait déjà fait la démonstration de trois produits fonctionnels et flexibles. Une tablette qui pourrait se courber pour tenir à la verticale, un écran qui se roule complètement ainsi qu’un smartphone plié en deux, sans charnière. Le plus intéressant est peut-être les écrans à encre électronique pliable. Ce qui permettrait de lire son journal ou un livre sur un écran pliable et de le ranger dans sa poche pour le transporter !

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Voilà qui boucle notre dossier sur les différentes technologies d’écrans qui équipent nos smartphones et tablettes. La définition et la résolution des dalles n’ont pas été abordées dans le détail, nous vous préparons un prochain article sur le sujet. N’hésitez pas à poser vos questions en commentaires !

 

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