Quel écran pour quel usage ? Comparaison des types de panneaux

Il existe des milliers de moniteurs sur le marché – et si l’on en croit les responsables marketing des fabricants, chacun de ces moniteurs est bien adapté à pratiquement toutes les applications. Il est évident que cela ne correspond peut-être pas tout à fait à la réalité. Si l’on comprend les principes de fonctionnement de base et que l’on connaît les points forts et les points faibles des différents types de panneaux, on peut déjà fortement limiter le choix. Et c’est précisément ce que cet article a pour but de vous aider à faire.

Comment un moniteur produit ses couleurs

L’affichage des écrans plats, quel que soit le type de panneau, est divisé en centaines de milliers, voire en plusieurs millions de points d’image (pixels). Chaque pixel est composé de trois sous-pixels (rouge, vert, bleu) qui peuvent avoir une luminosité différente. C’est ainsi que les couleurs sont mélangées ensemble.

Les technologies de base : LCD et OLED

La plupart des écrans plats couleur du marché sont basés soit sur la technologie LCD, soit sur la technologie OLED. La principale différence entre les technologies LCD et les OLED réside dans la manière dont les différents pixels sont illuminés. Avec les OLED, ils s’éclairent eux-mêmes. Sur les écrans LCD, ils sont éclairés par un rétroéclairage.

Technologie LCD

« LCD » signifie « Liquid Crystal Display », en français affichage à cristaux liquides, et décrit la caractéristique commune de ce type d’écran : ils contiennent une couche liquide avec des molécules cristallines en forme de bâtonnets. Ces molécules de cristaux peuvent se réorienter lorsqu’une tension est appliquée. Selon la position, la lumière du rétroéclairage est alors transmise ou non. Plus précisément, les molécules des cristaux ne bloquent pas directement la lumière, mais modifient l’orientation des ondes lumineuses.

Les filtres de polarisation sont un élément tout aussi important d’un écran à cristaux liquides. Ils ne laissent passer la lumière que si l’orientation des ondes lumineuses est correcte. L’interaction entre l’effet de polarisation des cristaux liquides et les filtres de polarisation détermine la quantité de lumière qui passe à travers les différents sous-pixels (rouge, vert, bleu) et donc la couleur affichée par le pixel dans son ensemble.

Un filtre polarisant ne laisse passer que les ondes lumineuses qui oscillent dans un plan donné.

Voici comment ça fonctionne : le rétroéclairage, généralement des diodes électroluminescentes blanches (WLED), est allumé en permanence pendant le fonctionnement et émet des ondes lumineuses qui oscillent dans toutes les directions. Cette lumière traverse le premier filtre polarisant. Celui-ci ne laisse passer que les ondes lumineuses qui vibrent dans une certaine direction. La lumière polarisée arrive ensuite dans la couche de cristaux liquides qui donne son nom à l’appareil.

Selon la manière dont les cristaux liquides sont disposés dans cette couche, ils laissent passer les ondes lumineuses sans les modifier ou ils changent à nouveau leur orientation. Des électrodes se trouvent sur la couche de cristaux liquides. Une tension peut y être appliquée, ce qui crée un champ électromagnétique. Celui-ci influence l’orientation des cristaux liquides.

Mais avant que la lumière puisse quitter le moniteur, elle doit encore passer par un deuxième filtre de polarisation. Qu’il puisse le faire ou non dépend de l’orientation préalable des ondes lumineuses dans la couche de cristaux liquides pour qu’elles s’adaptent au deuxième filtre de polarisation. En appliquant une tension différente aux électrodes, le moniteur peut contrôler très finement la quantité de lumière qui peut traverser le deuxième filtre de polarisation et, en conséquence, la luminosité de chaque sous-pixel.

Structure d’un écran à cristaux liquides

Les différents types de panneaux LCD (TN, VA, IPS) se distinguent par la manière dont les électrodes sont appliquées et dont les cristaux de la couche de cristaux liquides changent d’orientation lorsque la tension est appliquée. La rapidité avec laquelle les cristaux peuvent passer d’une position à l’autre, la finesse avec laquelle la transmission de la lumière peut être contrôlée et l’efficacité avec laquelle les cristaux et les filtres polarisants peuvent bloquer complètement la lumière ont une grande influence sur les points forts et les points faibles des différents types de panneaux LCD. Nous y reviendrons plus en détail dans les paragraphes suivants.

Panneau TN

TN signifie « Twisted Nematic » et décrit l’orientation privilégiée des cristaux liquides utilisés dans ces panneaux. Dans ce cas, elle est « twisted », c’est à dire torsadée Au repos, les cristaux forment une spirale hélicoïdale. La lumière provenant du rétroéclairage traverse le premier filtre polarisant pour atteindre la couche de cristaux liquides. Là, les ondes lumineuses sont tournées de 90° par la structure en hélice des molécules de cristaux liquides, de sorte qu’elles peuvent traverser le deuxième filtre de polarisation, tourné de 90° par rapport au premier.

Disposition en hélice des molécules de cristaux liquides

Lorsqu’une tension est appliquée, les molécules de cristaux liquides s’alignent perpendiculairement au plan de l’écran. La « rotation » des ondes lumineuses le long des molécules de cristaux liquides est supprimée. Ainsi, ils ne peuvent plus traverser le deuxième filtre de polarisation et le sous-pixel reste sombre.

Structure et fonctionnement d’un panneau TN

Points forts et points faibles des écrans TN

Les panneaux TN sont bon marché et consomment peu d’énergie. En outre, ils offrent des temps de réaction très rapides. Le temps de réaction est une mesure de la rapidité avec laquelle un pixel peut changer de couleur. Le temps de réaction rapide des panneaux TN empêche la formation de stries sur les contenus d’image en mouvement rapide. De tels effets de stries seraient particulièrement gênants pour les contenus multimédias et les jeux, raison pour laquelle les panneaux TN sont plus appréciés pour de telles applications. L’une des faiblesses des écrans TN réside dans la stabilité de l’angle de vision : si on les regarde de côté, l’image devient plus claire et les couleurs semblent estompées. Cela peut poser problème si plusieurs personnes regardent l’écran en même temps ou si le support d’écran utilisé n’est pas suffisamment flexible. Les autres points faibles des écrans TN sont le rapport de contraste plus faible et l’espace chromatique plus limité qu’ils peuvent afficher.

Un inconvénient de nombreux écrans LC avec panneau TN: faible stabilité de l’angle de vision

Panneau IPS

Dans l’état de base, les molécules de cristaux liquides des écrans IPS s’alignent parallèlement les unes aux autres et horizontalement le long du plan de l’écran. Lorsqu’une tension est appliquée, elles tournent de 90° à l’intérieur du plan, comme l’aiguille d’une montre. Les molécules de cristaux liquides sont cependant toujours positionnées à l’horizontale par rapport au plan de l’image – d’où la désignation « IPS » (In-Plane Switching, en français « commutation dans le plan »).

Structure et fonctionnement d’un panneau IPS

Points forts et points faibles des écrans IPS

Les panneaux IPS peuvent contrôler très précisément la transmission de la lumière de chaque sous-pixel. Cela signifie que les couleurs peuvent être mélangées de manière très exacte. En d’autres termes : ces moniteurs offrent une très grande fidélité des couleurs. En outre, ils sont particulièrement stables en termes d’angle de vision. Cela signifie qu’il est possible de bien lire le contenu de l’image même si l’on ne regarde pas l’écran directement de face. En ce qui concerne le rapport de contraste et le temps de réaction, les panneaux TN se distinguent des panneaux VA. En raison de la disposition des électrodes, les panneaux IPS laissent globalement passer un peu moins de lumière que les panneaux TN et VA. Cela signifie qu’ils nécessitent un rétroéclairage plus puissant et donc plus d’électricité pour une image de même luminosité.

Panneau VA

L’abréviation VA signifie « Vertical Alignment » (alignement vertical). Comme pour le panneau TN, le nom décrit la disposition des molécules de cristaux liquides au repos. Hors tension, elles sont à la verticale, c’est-à-dire perpendiculaires au plan de l’écran. Lorsqu’une tension est appliquée, elles se placent à un angle d’environ 45° par rapport à la surface de l’image et la lumière peut traverser le deuxième filtre de polarisation.

Structure et fonctionnement d’un panneau VA

Points forts et points faibles des écrans VA

Les panneaux VA peuvent parfaitement bloquer la lumière du rétroéclairage. De ce fait, ils fournissent les meilleures valeurs de noir et les rapports de contraste les plus élevés parmi les écrans LC. La stabilité de l’angle de vision est très élevée et correspond à peu près à celle des écrans IPS - elle est donc nettement supérieure à celle des panneaux TN. En ce qui concerne le rendu des couleurs, ils se situent entre les panneaux TN et IPS. Le point faible des panneaux VA réside dans leur temps de réponse plus élevé. Les contenus d’images en mouvement rapide peuvent entraîner des effets dits de « ghosting » ou de stries et un flou de mouvement.

Technologie OLED

Les écrans OLED sont très différents des écrans LC dont nous venons de parler. Un écran OLED (« Organic Light Emitting Diode ») se compose, comme son nom l’indique, de diodes électroluminescentes organiques. Il ne nécessite pas de rétroéclairage, car les diodes électroluminescentes font elles-mêmes office de source de lumière.

Des atomes étrangers sont insérés dans un matériau semi-conducteur organique (dopage), de sorte qu’une couche de donneurs (donneurs) et une couche d’accepteurs (récepteurs) sont créées. Le matériel donneur a des électrons en excès et le matériel accepteur possède des « trous » qui peuvent les absorber. Si une tension est appliquée à ces couches au moyen d’électrodes, les électrons et les trous peuvent se combiner, ce qui permet d’émettre de la lumière.

Il existe deux types de base (et de nombreux autres sous-types) d’écrans OLED : ceux sur lesquels les OLED éclairent en blanc et où la couleur est créée par un filtre de couleur (RGB+W), et ceux où les OLED émettent elles-mêmes une lumière colorée (RGB). D’autres sous-types d’écrans OLED se distinguent par exemple par la manière dont les différents sous-pixels sont commandés (AMOLED ; PMOLED) et si la lumière est émise vers le bas ou vers le haut (émission par le haut, émission par le bas).

Structure d’un écran OLED (OLED à émission de lumière blanche avec filtres de couleur)

Structure d’un écran OLED : (OLED à émission directe RVB)

Points forts et points faibles des écrans OLED

Etant donné que les écrans OLED n’ont pas besoin d’un rétroéclairage constamment allumé, ils consomment moins d’énergie. Etant donné que les différentes LED peuvent être complètement éteintes, les écrans OLED atteignent des niveaux de noir inégalés. En outre, les écrans OLED sont plus fins, plus légers et plus flexibles que les écrans LC. Les points faibles résident dans la durée de vie globalement plus courte des écrans OLED. Dans le cas des OLED à émission directe RVB, les différentes couleurs vieillissent à des vitesses différentes, ce qui entraîne une altération des couleurs au fil du temps. Les écrans OLED sont en outre plus sensibles à l’humidité. Un autre inconvénient est la possibilité de ce que l’on appelle le « burn ins », c’est-à-dire la « brûlure » d’éléments d’image : si les mêmes contenus statiques sont affichés pendant une longue période (par exemple le logo d’une chaîne de télévision), il peut arriver qu’ils ne disparaissent pas complètement, c’est-à-dire qu’il reste en quelque sorte un « effet fantôme » permanent du contenu. Toutefois, des technologies spéciales telles que « pixel shift » et « pixel orbiting », qui consistent à déplacer l’image au minimum de manière continue, ont permis d’atténuer ce problème.

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