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Les Ecrans Plasma
1. Introduction
D'ici quelques années, la télévision à tube cathodique ou CRT devrait laisser la place aux écrans plats. D'autres facteurs sont les DVD et la télévision à haute définition. Parmi les écrans plats vous trouverez deux technologies différentes: le LCD et le plasma. En ce qui concerne les écrans informatiques, le choix a été porté sur les LCD. Dans ce sujet, je vais vous présenter seulement la technologie plasma.
Les recherches sur la technologie plasma ont commencés en 1960 par quatre chercheurs, Bitzer, Slottow, Willson et Arora. Le premier prototype est prêt en 1964, il s'agissait d'une petite matrice de 4 par 4 pixels de couleur bleue. En 1967, la matrice passe à 16x16 pixels et de couleur rouge. Dans les années 70, les grands industriels sont intéressés par la technologie et se lance dans la recherche. N'y ayant aucun débouchés industriels, et donc économiques, les Etats-Unis abandonnent la recherche en 1987 tandis que le Japon continue. En 1990, les premiers modèles commercialisés apparaissent sur le marché. De nos jours, la plupart des grandes marques audiovisuelles fabriquent des écrans plasma, dont notamment LG, Pioneer, Philips, Hitachi, etc...
2. L'affichage
Afin d'afficher plusieurs teintes de couleur, les constructeurs ont décidés de procéder de la même manière qu'avec les écrans à tube cathodique: la décomposition en trois couleurs primaires, le rouge le vert et le bleu. Chaque pixel est composé de trois sous-pixels, chacun d'une couleur primaire. Vu de loin, l'oeil ne verra que le mélange de ces trois couleurs. Pour créer une couleur, on va joueur sur l'intensité lumineuse de chaque sous pixel. On peut aussi de la même manière jouer sur les nuances de gris.
Décomposition des couleurs primaires (à gauche) et aperçu sur un écran à tube cathodique (à droite)
3. La technologie plasma
Une des premières questions que l'on peut se poser en entendant le terme "écran plasma" est : "Qu'est-ce que le plasma". Le plasma est un gaz qui est composé à la fois d'ions et d'électrons. Pour créer du plasma, le principe est le même que pour les tubes néons. On remplit un tube avec un gaz rare (le xénon) qui est électriquement neutre. On applique une tension alternative de plusieurs centaines de volts aux bornes des deux électrodes de part et d'autres du tube. Le champ magnétique ainsi créé va arracher les électrons des atomes et les envoyer vers l'électrode positive avec une très grand vitesse tandis que les ions se déplacent vers l'électrode négative. Cette vitesse va donner aux électrons une énergie cinétique. L'électron va ensuite rentrer en collision avec un corps atomique (atome ou ion). Avec cette collision, les électrons de l'atome vont absorber cette énergie. La physique veut qu'au repos un électron doit être sur la couche la plus basse possible de son atome donc avoir l'énergie la plus faible possible. Afin de retrouver son état d'équilibre, cet électron va émettre un photon. Mais cette lumière n'est pas visible par l'oeil, ce sont des rayons UV. Il faut donc la transformer en lumière visible par l'oeil. Pour cela la paroi du tube va être recouverte par une fine couche de poudre sensible aux UV qui va émettre une lumière rouge verte ou bleue. Cette poudre est aussi appelée scintillateur. Cette poudre était déjà présente dans les tubes cathodiques.
Pour les écrans plasma, ce n'est pas un tube qui est utilisé, mais de petites cavités. Les électrodes sont placées à l'avant (sur la dalle) et à l'arrière de la cavité. La tension alternative va maintenir le plasma en mouvement (alternativement dans un sens puis dans l'autre). Les UV viennent ensuite taper le scintillateur sur le fond de la cavité, puis ensuite traversent la dalle pour être vu par l'utilisateur. Voici les molécules utilisées pour faire les différents scintillateurs.
Grâce à ces poudres, on va atteindre des longueurs d'ondes de lumières visibles de 450 nm pour le bleu, entre 510 et 525 nm pour le vert et 610 nm pour le rouge.
Sur l'animation ci-dessous, vous pouvez voir que la lumière sortir de la cavité.
4. La fabrication
Après avoir vu comment se déroulait le processus de fabrication des pixels, nous allons maintenant passer à "l'assemblage" des pixels entre eux afin de former un écran.
La première difficulté se trouve dans la taille des pixels sachant qu'un sous-pixel mesure 200 µm x 200 µm x 100 µm. Cela représente un volume assez important si l'ont tient en compte le fait que l'on doit en assembler des millions les uns à coté des autres. Cela explique le fait que la taille d'un écran plasma est obligatoirement élevée.
L'écran est composé de millions de pixels les uns à cotés des autres
Une autre difficulté entre en jeu : une partie des électrodes se situe sur la face avant de la dalle, ce qui pourrait fortement gêner l'émission de lumière. La solution consiste à les fabriquer transparentes, pour cela on va utiliser un matériel appelé ITO qui est à la fois conducteur et transparent. Cela n'est pas suffisant si l'on considère la taille de l'écran et la si faible épaisseur du conducteur car la résistance électrique devient trop grande pour assurer une propagation de tensions très hautes (300 Volts). Les fabriquants rajoutent donc une fine ligne de chrome afin d'assurer une meilleur conduction malgré le fait que celle-ci soit opaque.
Nous avons vu précédemment que pour afficher une couleur sur un pixel (donc trois sous-pixels et enfin six électrodes), il suffisait d'effectuer un savant dosage de trois couleurs primaires. Mais il reste un point à vérifier : Comment peut-on gérer cet affichage sur plusieurs millions de pixels? Nous allons avoir recours à la méthode suivante:
- tous les points de la même ligne sont contrôlés ensembles par l'arrière
- tous les points de la même colonne sont contrôlés ensembles par l'avant
L'électronique va ensuite choisir les uns après les autres les pixels à allumer à une fréquence très élevée qui n'est pas perceptible à l'oeil humain.
5. Conclusion
Nous venons de voir comment sont fabriqués les écrans plasma, nous allons donc finir par les comparer aux autres types d'écrans.
Les principaux avantages des écrans plasma sont :
- Les scintillateurs permettent d'obtenir des couleurs plus riches et plus chaudes, en reproduisant totalement le spectre visible de la lumière contrairement à un écran LCD (70%).
- Les écrans plasma possèdent un angle de vision très large, et bien supérieur au LCD ou au CRT. Cela est du au fait que la lumière est générée au sein du pixel, ce qui évite de faire un rétroéclairage. Cela permet aussi de réduire la taille en profondeur, comme sur l'illustration de droite.
- L'écran est très léger en comparaison à un CRT, ce qui nous permet de le placer pratiquement où l'on veut, que ce soit un socle, sur le mur ou même au plafond
- On obtient un contraste équivalent à celui des meilleurs CRT, cela est du au fait que les pixels éteints n'émettent aucune lumière (ce n'est pas le cas sur un LCD).
- La taille de l'écran peut être très importante pour une faible épaisseur ce qui donne l'avantage au plasma sur les tubes cathodiques.
Les principaux inconvénients du plasma sont :
- Les pixels sont trop gros (0.5 mm) donc on se retrouve avec des écrans ne pouvant pas être inférieurs à 82 cm de diagonale. Pour être compétitif avec le LCD, on doit donc monter dans les grandes tailles.
- Un pixel n'a que deux états, allumé ou éteint, pour faire varier la luminosité du pixel, on va jouer sur la valeur moyenne de courant reçu. L'oeil de l'utilisateur va faire lui même la valeur. Cela fonctionne très bien avec des teintes moyennement claires à très claires, mais en ce qui concerne les teintes sombres, on ne pourra faire les nuances entre les couleurs que très difficilement.
- Ce même peut causer une gêne visuelle si l'utilisateur regarde l'écran de trop près. De cela résulte que plus l'écran est grand, plus l'utilisateur devra le regarder de loin.
- Les pixels sont sensibles au burn-in : si une image est projetée trop longtemps sur l'écran, elle va "s'imprimer" sur celui-ci. Cela est du au vieillissement des scintillateurs.
- La durée de vie d'un écran plasma est deux fois moins grande que celle d'un LCD. Par contre l'usure est uniforme sur tout l'écran, sur un LCD les cristaux ne vont plus fonctionner tous en même temps. Les scintillateurs ne vieillissent pas à la même vitesse. Le bleu vieillit plus rapidement que les autres.
- Un écran plasma coûte plus cher qu'un écran LCD, cela est du au procédé complexe de sa fabrication. De plus, un écran plasma va consommer plus de puissance qu'un écran LCD (250Watts contre 150Watts pour le LCD).
Grâce à ses avantages, le plasma va être utilisé dans des systèmes de très grande qualité, de haute définition, mais s'adresse surtout à un public qui a les moyens de se le procurer. Les écrans plasma ont donc beaucoup de qualités, mais aussi beaucoup de défauts. Le plasma ne sera donc pas la technologie utilisée dans les écrans plats, étant plus coûteux à la fabrication, il sera relégué dans les tailles très importante
Sources :
http://electronics.howstuffworks.com/plasma-display.htm
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