Nous sommes habitués à voir des écrans géants alimentés par LED dans les salles de sport et les écrans extérieurs. Que faudrait-il pour intégrer cette même technologie dans votre salon? Très, très minuscules LED. MicroLED.

La rumeur dit que les écrans MicroLED sont au coin de la rue depuis près d’une décennie maintenant, ce qui signifie que le moment est presque venu pour eux de devenir une réalité. Et la technologie d’affichage a certainement parcouru un long chemin depuis les premières technologies du tube cathodique (CRT) qui ont alimenté la révolution de la télévision et de l’ordinateur domestique. À la fin des années 1990, la technologie d’affichage à cristaux liquides (LCD) est devenue un remplacement possible des CRT, offrant une image fine et sans distorsion avec une reproduction d’image parfaite. Les écrans LCD ont également permis d’installer des écrans dans de nombreux nouveaux endroits, en plus d’avoir enfin ce téléviseur mural.

Depuis ce temps, les défauts de l’écran LCD sont devenus un point de friction par rapport aux CRT. Les fonctionnalités intéressantes des CRT telles que le temps de réponse très rapide, les noirs profonds et le décalage de couleur nul, quel que soit l’angle, ont conduit à une grande variété de technologies LCD pour récupérer certaines de ces fonctionnalités. Les écrans plasma semblaient prometteurs pour les grands écrans pendant un certain temps, mais les diodes électroluminescentes organiques (OLED) ont pris le relais et les technologies encore en développement comme SED et FED ont été retirées de la table.

Alors que l’OLED est très bonne en termes de qualité d’image, ses défauts comprennent le brûlage et l’usure inégale des différents colorants organiques responsables des couleurs. Les microLED espèrent tirer parti des faiblesses de l’OLED en apportant des écrans plus lumineux sans burn-in en utilisant la technologie LED inorganique, juste très, très petite.

Alors, que faut-il pour redimensionner une LED semi-conductrice standard à la taille d’un pixel, et quand peut-on s’attendre à acheter des écrans MicroLED? Nous allons jeter un coup d’oeil.

Tout sur les photons

Vue schématique d’un tube cathodique couleur: trois canons à électrons avec les bobines de déviation pour cibler les électrons sur la couche de phosphore.

La propriété la plus importante d’un affichage est bien entendu la possibilité de générer un nombre suffisant de photons pour créer une image claire. Dans le cas des CRT, cela se fait en accélérant les électrons et en les écrasant dans une couche de phosphore. Chaque impact entraîne un changement de l’état énergétique de la molécule de luminophore, ce qui conduit finalement à la réémission d’énergie supplémentaire sous la forme d’un photon. Selon le luminophore utilisé, la longueur d’onde du photon sera différente, et hop, on a un écran.

La raison pour laquelle les CRT sont plutôt encombrants est qu’ils utilisent un canon à électrons par couleur. Bien que cela soit assez efficace et que l’utilisation de commandes électromagnétiques permette des vitesses de balayage incroyablement rapides, cela donne aux CRT une certaine profondeur qui est fonction de la dimension d’affichage. Une amélioration intéressante sur ces CRT classiques est venue de Canon et Sony sous la forme de SED et FED, respectivement au début des années 2000. Ces technologies d’affichage utilisaient la technologie des semi-conducteurs pour créer un seul canon à électrons par pixel, qui tirerait sur la couche de phosphore, à quelques millimètres de distance.

Cependant, à cette époque, la technologie LCD commençait déjà à s’imposer. Contrairement à la technologie d’affichage à plasma quelque peu similaire, SED et FED n’ont jamais été produites en série. Même alors, la technologie LCD elle-même subissait de grandes poussées croissantes, essayant de dépasser ses débuts d’écrans LCD à matrice passive avec des temps de réponse lents, des images fantômes massives et des angles de vision très étroits en utilisant des panneaux de nématiques tordues primitives (TN).

Même si les LCD étaient clairement inférieurs aux CRT dans les années 1990 et au début des années 2000, ce que les LCD avaient, cependant, était la minceur. Suffisamment mince pour être placé dans des appareils mobiles, comme les ordinateurs portables et les «assistants intelligents» de l’époque, tels que les assistants numériques personnels (PDA). Au fur et à mesure que les écrans LCD ont acquis des fonctionnalités telles que la technologie à matrice active qui a supprimé la plupart des images fantômes, et de nouveaux alignements de cristaux liquides (par exemple IPS, MVA) qui ont amélioré les angles de vision, leur popularité a également augmenté. De toute évidence, les écrans volumineux devaient appartenir au passé.

La malédiction du rétroéclairage

Vue d’ensemble schématique d’un écran LCD nématique torsadé (TN), montrant respectivement l’état OFF et ON.

Un écran LCD a un certain nombre de couches qui le font fonctionner. Il y a la couche de cristaux liquides qui peut bloquer ou laisser passer la lumière, il y a aussi les filtres de couleur qui donnent leurs couleurs aux pixels, et les couches de contrôle et de polarisation TFT. La plupart des écrans LCD utilisent une source de rétroéclairage qui fournit les photons qui atteignent finalement nos yeux. En raison de toutes ces couches entre le rétroéclairage et nos boules oculaires Mark I, beaucoup d’énergie ne sort jamais de la pile d’affichage.

Dans le cas d’un pixel «noir», l’intention est de bloquer 100% de l’énergie du rétroéclairage dans cette section en utilisant la couche LC. C’est à la fois un gaspillage, et comme les cristaux de la couche LC ne bloquent pas complètement la lumière, les LCD sont incapables de produire des noirs purs. Alors que certaines technologies LCD (par exemple MVA) fournissent un meilleur résultat ici, cela entraîne des compromis ailleurs, comme un temps de réponse réduit.

Cela illustre la différence la plus fondamentale entre un écran CRT et un écran LCD: un CRT est fondamentalement sombre là où les électrons ne frappent pas. Les SED, les FED et les écrans plasma sont également auto-éclairants, tout comme l’OLED. C’est un facteur crucial en ce qui concerne le contenu à plage dynamique élevée.

Avec le passage aux rétroéclairages à LED pour les LCD, la situation s’est quelque peu améliorée car un LCD peut avoir différentes sections de rétroéclairage qui peuvent s’activer séparément. En utilisant plus de LED plus petites dans le rétroéclairage, le nombre de zones dites de gradation peut être augmenté, ce qui rend les noirs plus sombres. Vous pouvez voir où cela va, non?

L’avenir s’illumine automatiquement

Après des décennies d’évolution de la technologie d’affichage, les facteurs qui déterminent la popularité d’une technologie d’affichage se résument essentiellement à quatre facteurs:

  • À quel point il peut être produit à moindre coût.
  • Comment il reproduit bien les couleurs.
  • À quel point cela évolue-t-il.
  • Combien de cas d’utilisation couvre-t-il.

Dans le cas des écrans LCD sur CRT, il était clair pourquoi ces derniers ne pouvaient pas rivaliser, et pourquoi les écrans plasma n’ont jamais fait grand bruit. Cela montre également clairement que – comme l’a démontré par exemple Samsung en sortant du marché des écrans LCD – les écrans LCD sont en quelque sorte dans une impasse.

C’est ainsi que Samsung envisage apparemment que les téléviseurs MicroLED seront utilisés. Heureusement qu’ils ont des niveaux de luminosité très élevés. (Crédit: Samsung)

Les MicroLED ont été inventées il y a plus de vingt ans, et alors que par exemple, The Wall de Samsung voit une utilisation commerciale limitée, le développement le plus excitant viendra probablement cette année, avec des téléviseurs MicroLED qui tombent dans la gamme «  abordable  » apparaissant, en supposant que l’objectif est un 76 ″ MicroLED TV pour à peu près ce qu’aurait coûté un premier écran plasma.

Il est peu probable que les petits écrans MicroLED apparaissent pendant un certain temps. Les technologies de fabrication immatures et la nécessité de réduire encore plus le pas des pixels sont les goulots d’étranglement du moment. Ce dernier point se retrouve rapidement dans le cahier des charges des téléviseurs MicroLED de Samsung à sortir cette année: ils ne supportent que la 4K, même dans la version 110 ″. À 50 ″, 1080p (‘fullHD’) serait à peu près tout ce que l’on pourrait espérer sans faire monter en flèche les coûts de production.

Une question de temps

Aussi cool que puissent être les nouvelles technologies, on ne peut pas s’attendre à ce qu’elles tombent un jour de la chaîne de production, toutes parfaites et prêtes à être utilisées. Les premiers tubes cathodiques et les écrans LCD à matrice passive étaient terriblement à leur manière. Au fur et à mesure que la technologie évoluait, les écrans cathodiques sont devenus des bêtes de somme fiables à des prix très abordables et les écrans LCD sont devenus assez tolérables.

La technologie OLED a commencé avec une durée de vie optimiste d’environ 1000 heures sur les premiers prototypes de Sony, mais aujourd’hui, nous voyons des écrans OLED (AM) partout, des téléphones portables aux téléviseurs et même sous forme de minuscules écrans monochromes ou multicolores pour les applications intégrées. La MicroLED ayant l’avantage d’être basée sur des technologies de semi-conducteurs bien connues, il n’y a aucune raison de douter qu’elle subira une évolution similaire.

Comme MicroLED offre une luminosité plus élevée et une durée de vie plus longue que l’OLED, avec une latence plus faible, un rapport de contraste plus élevé, une plus grande saturation des couleurs et une pile d’affichage simplifiée par rapport aux écrans LCD, il n’est pas étonnant que les écrans MicroLED soient produits non seulement par Samsung, mais aussi par Sony. («Crystal LED») et AU Optronics, parmi une poignée d’autres fabricants d’écrans, et des promesses alléchantes de petits écrans MicroLED (<5 ″).

Nous savons que vous aimez beaucoup de minuscules LED. Votre amour durera-t-il une fois qu’il deviendra banal?