En informatique, une technologie d’affichage en chasse une autre en un claquement de doigts. L’électronique et la photonique ne cessent de repousser les limites des écrans, des téléviseurs LCD aux surfaces tactiles.
Quand on utilise un écran, on a tendance à oublier l’ingéniosité de cette couche électro-optique utilisant la lumière pour produire une image. Or, plus cette pellicule est performante, plus l’image est belle. Actuellement, ce sont les technologies recourant aux cristaux liquides et diodes électroluminescentes organiques qui dominent le marché. Mais les différents acteurs devraient, très prochainement, s’affronter sur le terrain des nouveaux écrans haute définition à fonction tactile.
Écrans à cristaux liquides
Apparition
Les écrans à cristaux liquides (LCD) ont été commercialisés pour la première fois dans les années 1970. En vingt ans, ils se sont imposés dans la fabrication de montres et calculatrices, mais aussi des écrans d’ordinateurs portables, moniteurs de bureaux et téléviseurs. Ils ont mis fin au règne des tubes cathodiques et grands écrans plats à plasma.
Fonctionnement
Dans les LCD, chaque pixel, le plus petit élément d’un écran, est composé d’une couche de cristaux liquides (CL) entre deux plaques de verre polarisant. Des électrodes transparentes placées sur les plaques de verre appliquent une tension électrique pour éteindre et allumer les CL. Dans beaucoup de LCD, un rétroéclairage illumine la couche de CL. Par exemple, des LED bleues combinées à du phosphore à large spectre produisent de la lumière blanche. Les LCD couleur classiques utilisent des filtres rouges, verts et bleus.
Atouts et faiblesses
La qualité d’image des LCD s’est améliorée d’année en année, parfois grâce à la photonique. Des boîtes quantiques (nanostructures de semi-conducteurs) peuvent ainsi être incorporées aux unités de rétroéclairage pour obtenir des couleurs plus vibrantes, sans recourir à des filtres sur mesure. Toutefois, les LCD gèrent difficilement les contrastes selon les conditions lumineuses, et offrent un angle de vue limité.
Diodes électroluminescentes organiques (OLED)
Apparition
Un nouveau type d’affichage a commencé au début des années 2010 à supplanter les LCD. La technologie des OLED, qui repose sur des recherches menées dans les années 1960, consiste à remplacer les matériaux des LED classiques par des semi-conducteurs organiques.
Fonctionnement
Dans les écrans OLED, des films de matériau organique de fine épaisseur sont placés entre deux électrodes. En appliquant une tension électrique, les couches de semi-conducteur organique émettent une lumière à certaines longueurs d’onde. Les OLED rouges, vertes et bleues peuvent être disposées en matrices de pixels pour produire des images en couleur. Les longueurs d’onde d’émission des OLED sont modifiables en variant la tension.
Atouts et faiblesses
Les OLED disposent de propriétés intéressantes pour les écrans plats. Ne nécessitant pas de rétroéclairage, elles permettent de réduire l’épaisseur et le poids de l’appareil. Elles offrent des couleurs vives, un meilleur contraste et des angles de vue plus larges. En outre, la souplesse de leur fabrication a permis aux entreprises d’explorer des designs inconnus, à l’instar des écrans flexibles et transparents. Les derniers smartphones de Samsung et Apple utilisent des OLED. Cependant, les OLED coûtent plus cher que les LCD, et les matériaux qui les composent peuvent se dégrader au contact de l’oxygène et de l’humidité.
Écrans tactiles
Apparition
Dès les années 1960, des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont mis au point, à partir d’un scanner infrarouge, un écran tactile optique pour leur système d’apprentissage informatique PLATO (Programmed Logic for Automatic Teaching Operations). Quelques décennies plus tard, les fabricants ont commencé à doter leurs appareils de la fonctionnalité tactile, qui est devenue aujourd’hui omniprésente.
Fonctionnement
L’idée du scanner infrarouge est assez simple: un réseau de faisceaux de lumière infrarouge (généralement émis par des LED) recouvre l’écran. Des phototransistors traduisent toute interruption des faisceaux en une saisie tactile. Cette technologie durable peut être utilisée sur de grandes surfaces, mais demande de nombreuses sources de lumière et détecteurs. La plupart des écrans tactiles actuels, sur les smartphones et les tablettes, mobilisent des technologies électriques et non optiques. Par exemple, dans les écrans tactiles capacitifs à projection, le contact du doigt de l’utilisateur avec la surface agit légèrement sur la capacitance entre les électrodes conductives.
Atouts et faiblesses
Si l’efficacité des écrans tactiles n’est plus à prouver, la technologie parfaite n’a pas encore vu le jour. Il serait notamment intéressant de développer une plus grande sensibilité à la pression exercée sur l’écran ou encore une utilisation améliorée de l’écran dans des conditions difficiles, sous la pluie par exemple.
Écrans tactiles du futur
Apparition
En 2011, des chercheurs de la Danmarks Tekniske Universitet (DTU) ont présenté un écran tactile optique utilisant la détection par guide d’ondes. Leur idée a été reprise par WaveTouch, une coentreprise d’O-Net Communications LTD (Hong Kong) et d’OPDI Technologies, une société danoise spécialisée dans l’innovation optique. En théorie, la nature optique de cette technologie devrait rendre les écrans tactiles plus résistants aux conditions ambiantes qui perturbent habituellement les plateformes électroniques tactiles. WaveTouch ciblera des marchés de niche pour lesquels ces fonctionnalités présentent un avantage certain, dans le domaine de la navigation mobile en extérieur par exemple.
Fonctionnement
Une source unique de lumière laser est placée sur un coin de l’écran et produit les faisceaux lumineux qui forment le réseau tactile. Ces faisceaux se propagent dans un guide d’ondes plat (en l’occurrence une plaque en plastique transparent) par un phénomène de réflexion totale. Dans ce cas, le contact du doigt ou du stylet sur la surface tactile rompt le phénomène et permet à la lumière de sortir du guide d’ondes. L’approche de la réflexion totale dans ce contexte n’est pas nouvelle, mais la mise en pratique réalisée à la DTU est une première.
Atouts et faiblesses
La technologie WaveTouch ne demande qu’une source de lumière et une petite matrice de détection, donc moins de composants. L’écran tactile est aussi sensible à la pression exercée, ce qui ouvre la voie à une large gamme de fonctionnalités.
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Une version de cet article est parue dans le magazine Technologist (no 15).