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Accueil/dossiers/écrans SED
Dossier rédigé par :
APPERT François
GRANGÉ Denis
HÉROIN Paul
Sommaire :
I-Principe du SED
II- Caractéristiques du SED et Comparaisons
III-Aspect commercial de la technologie SED
Introduction :
L’arrivée des nouvelles technologies d’affichage a bouleversé le marché des téléviseurs. Désormais, les écrans cathodiques traditionnels sont progressivement remplacés par cette nouvelle génération de moniteurs tels que les écrans LCD ou au Plasma.
Récemment, deux grands acteurs du marché, Toshiba et Canon ont annoncé la direction qu’ils prenaient en terme de technologies d’affichage. C’est ainsi qu’ils ont présenté en Octobre dernier à la Défense leur tout nouveau produit : un écran basé sur une technique encore neuve, le SED (Surface-conduction Electron-emitter Display). La production de cette gamme sera effectuée via une société commune.
Ce dossier abordera certains aspects des écrans SED, des points de vue technique et commercial, mais également en comparaison avec les autres technologies présentes sur le marché et à venir.
I Principe du SED
1°) Le tube cathodique
C’est la méthode qui a permis le développement des téléviseurs. Son principe est relativement simple. Le canon à électron, constitué de la cathode et de l’anode, émet un rayon d'électrons, redirigé par les champs magnétiques dans les bobines. On crée ainsi un flux d’électrons qui balaie l'écran de gauche à droite, ligne par ligne, du haut de l'écran vers le bas
Les points de l'écran ('pixels') contiennent des éléments phosphorescents qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont frappés par le rayon d'électrons. Grâce à la persistance de l'image rétinienne, l'oeil humain ne perçoit pas ce balayage pour autant qu'il soit effectué à une vitesse importante (environ 60 fois par seconde). Il peut cependant exister un effet de scintillement perceptible que l’on réduit en augmentant la fréquence.
Pour une télévision en noir et blanc : avant de frapper l'écran, les électrons seront filtrés par un masque perforé, qui sélectionnera uniquement ceux qui auront pris la trajectoire souhaitée. Passés par le masque perforé, les électrons restants iront frapper des luminophores sur l'écran, lesquels s'allumeront temporairement, grâce à l'énergie apportée par l'électron.
Pour les télévisions en couleur, le principe est presque le même. Au lieu d'un canon à électrons, il y en aura trois, pour les trois couleurs utilisées : rouge, bleu, et vert. Les trois canons à électrons sont espacés d'environ 0.28mm, et ils arriveront donc au maque perforé avec une trajectoire très légèrement différente. Sur l'écran, il y aura trois types de luminophores, un pour chaque couleur. Les électrons iront donc précisément toucher le luminophore qui leur est « attribué », avec une vitesse plus ou moins importante, ce qui déterminera la luminance et la chrominance de ce point affiché. Avec l'ensemble des trois luminophores, un pixel apparaîtra donc avec une couleur bien précise, déterminée par le cerveau grâce à l'insuffisance du pouvoir séparateur (voir chapitre 3).
2°) L’écran FED (Field Emission display ou écran à émission de champ)
L'écran FED est composé d'un premier substrat de verre sur lequel sont disposés plusieurs émetteurs d’électron (des mini canons) par pixels, et d'un deuxième substrat de verre recouvert d'une substance fluorescente composée de luminophores. Les deux plaques de verre sont séparées d'un espace de quelques millimètres. Les électrons sont attirés vers le luminophore correspondant à la couleur souhaitée pour chaque pixel par polarisation électrique de celui-ci comme indiqué sur le schéma ci-dessous. On voit que les électrons vont ici sur le luminophore rouge qui a le plus fort potentiel électrique.
trois luminophores, un pixel apparaîtra donc avec une couleur bien précise, déterminée par le cerveau grâce à l'insuffisance du pouvoir séparateur (voir chapitre 3).
Cette technologie doit révolutionner les écrans plats mais elle a montré ses limites dans l’émetteur d’électrons. En effet celui-ci devait fonctionner suivant le principe des micro-pointes, celles-ci sont extrêmement fines et émettent des électrons par effet de champ : le champ électrique est extrêmement élevé au niveau des pointes du fait de la symétrie du système (effet de pointe), ce qui permet l’arrachement des électrons au métal, le problèmes de ces micro-pointes étant leurs coûts et leur durée de vie limitée par les gaz émis par les luminophores.
3°) L’écran SED (Surface-conduction Electron Emitter Display)
L’écran SED est un type d’écran FED développé suite à une alliance entre Toshiba et Canon, qui compense ce problème de l’émetteur par une autre méthode: comme illustrée sur le schéma on applique une faible tension Vf (de l’ordre de 16-18 volts) au niveau de l’émetteur d’électron (l’électrode -), ce qui provoque l’émission d’électron grâce à un effet tunnel, pour le reste, le fonctionnement est celui indiqué précédemment pour le FED.
4°) Le principe de l’effet tunnel
L’effet tunnel est un phénomène quantique d’une grande utilité. Il s’agit du franchissement par un électron du métal qui le contient. En théorie, l’électron devrait soit rester dans le matériau soit en sortir sous l’effet d’un champ suffisamment puissant. Mais, l’électron, s’il n’est pas suffisamment poussé vers l’extérieur a aussi la possibilité de se scinder en deux : une partie sortant du métal, et l'autre non.
Mais un tel état ne dure pas : un électron ne reste pas longtemps scindé, parce que les deux parties de l'électron interagissent avec le matériau dans lequel elles se trouvent. Et il se passe alors que l'une des deux parties fond, tandis que l'autre grossit : l'électron se retrouve alors entier d'un côté ou de l'autre. Il peut être passé ou pas, selon la partie qui grossit. Tout se passe comme si la partie restée en arrière était téléportée avec l’autre, comme si il y avait eu un tunnel dans le mur par lequel elle serait passée, d’où le nom de cet effet.
Il permet ici de lancer l’électron qui est ensuite accéléré grâce au système classique des électrodes.
II - Caractéristiques du SED et Comparaisons
1)La résolution :
La résolution des futurs écrans SED (Canon) sera de 1920 x 1080 pixels. Cette résolution rend les nouveaux écrans SED compatible avec la prochaine norme de télévision haute résolution appelée « Full HD ». Pour l’heure actuelle les télévisions dites hautes résolutions (HDTV) possèdent 720 lignes verticales balayées de manière progressive (720p) jusqu’à 1080 lignes verticales balayées de manière entrelacées (1080i). Le format « Full HD » impose lui 1080 lignes balayées de manières progressives (1080p). Les images sont donc de meilleure qualité et on évite ainsi certains phénomènes de clignotement.
2)Le temps de réponse
Le temps de réponse des futurs écrans SED sera inférieur à 1 ms. Là encore, ce type de technologie dépasse le LCD ou le Plasma avec lesquels il est difficile de passer en dessous d’un temps de réponse de 10ms.
3) Le contraste
C’est une des principales révolutions du SED. Son contraste est de 100 000 : 1 . C’est le rapport entre la luminance entre les parties sombre et claires de l’image. On obtient donc des images beaucoup plus relevées et moins « plates » que sur les écrans LCD ou même plasmas.
Pour information, les écrans plasma actuels arrivent à un contraste d’environ 3000 :1 et pour les meilleurs d’entre eux. Les écrans LCD arrivent pour les meilleurs d’entre eux à environ un contraste de 1000 :1.
Une autre technologie permettant un très fort contraste est la technologie OLED (Organic Light Emitting Diode). Les écrans prototype toujours en développement permettent d’atteindre des contrastes de 5000 :1.
4) La luminosité
La luminosité, quant à elle, devrait se situer aux environs de 400cd/m_. Cette valeur est à comparer avec les 500cd/m2 des écrans LCD et les 1000cd/m_ des écrans plasmas sur le marché actuellement. C’est dont un point faible de la nouvelle technologie SED.
Les images ci-dessous ont été prises avec un appareil photo numérique à pose variable lors de la présentation par Canon de ces nouveaux écrans. La pose est assez longue pour mettre en évidence les différences entre les écrans plats SED, LDC et plasmas.
On y voit très nettement la supériorité en contraste des écrans SED. Sa faible luminosité ici n’est pas mise en évidence du fait du milieu sombre. On peut imaginer que l’écrans SED serait moins confortable en environnement plus lumineux.
5) L’angle de vue
Il caractérise l’angle dans lequel la vision de l’image n’est pas dégradée. Dans le cas des écrans SED il sera de 180° c’est à dire un espace de vision total : on voit ce que le téléviseur affiche quelque soit l’endroit où l’on se place. Aujourd’hui, les écrans LCD ou plasma arrivent quant à eux à des angles de vue de 170°.
6) Autres avantages
D’après les constructeurs, les futurs écrans à technologie SED devraient se trouver plus fins que les écrans plats actuels. En effet ils ne nécessitent pas de rétro-éclairage puisque chaque pixel produit lui-même sa propre lumière.
Enfin ces écrans seraient plus économes en énergie que les autres technologies actuelles.
Tableau récapitulatif :
| LCD | Plasma | CRT | SED |
| résolution | ++ | + | +++ | +++ |
| temps de réponse | + | ++ | +++ | +++ |
| contraste | + | ++ | ++ | +++ |
| luminosité | +++ | ++ | +++ | + |
| angle de vue | ++ | ++ | +++ | +++ |
On remarque que les télévisions à « vieille » technologie CRT (Cathodic Ray Tube) conservent de bonnes caractéristiques d’images comparées aux technologies en développement.
Si l’encombrement est évidemment beaucoup plus fort sur un téléviseur à tube, il n’en reste pas moins un achat toujours actuellement raisonnable. En effet pour avoir une image de 16/9 en 82 cm de diagonale, la technologie CRT coûte environ 3 fois moins cher que les technologies à écrans plats. De plus on aura l’avantage d’un angle de vision de 180 degrés, un contraste supérieur aux LCD et comparable aux plasmas. Enfin les téléviseurs à tube ont un temps de réponse quasi-instantané évitant le désagréable effet de rémanence des écrans LCD.
III - Aspect commercial de la technologie SED
En parallèle de leur annonce effectuée il y a quelques mois, Toshiba et Canon ont lancé la production en chaîne des premiers modèles commerciaux de téléviseurs utilisant la technologie SED.
- La production
Toshiba a débuté la production d’écrans SED dans ses usines tout récemment. La cadence de production est actuellement de 3 000 unités par mois. Les deux groupes pensent atteindre progressivement une cadence de 75 000 écrans par mois d’ici 2007, ce qui fournirait assez d’écrans pour les prévisions de demande.
Les premiers produits mis en vente sont prévus au Japon pour Mars 2006.
- L’aspect marketing
Lors de son annonce publique, Toshiba a insisté sur des points auxquels le grand public est attentif. Ils se sont notamment appuyés sur le très grand contraste (100 000 : 1) des nouveaux téléviseurs, le rendu très fidèle des couleurs, le temps de réponse extrêmement faible (moins d’1ms), la luminosité importante, ainsi que sur le faible encombrement. Cette caractéristique séduit beaucoup les acheteurs depuis que les écrans LCD ont fait leur apparition. Ces moniteurs seront enfin 100% compatibles avec les nouvelles technologies de télévision comme la HDTV.
Le groupe a également insisté sur les données de consommation électrique des nouveaux modèles : moitié moins qu’un écran à plasma et 1/3 de moins qu’un LCD. En effet, les acheteurs sont de plus en plus sensibles à ces problématiques et verraient d’un bon œil l’arrivée de gammes moins « gloutonnes » en énergie.
Différentes tailles de moniteurs sont prévues pour la sortie commerciale. On devrait aller du 40 pouces au 50 pouces initialement, mais il est possible que la marque fabrique aussi des écrans encore plus grands pour le très haut-de-gamme.
Des estimations de prix ont déjà été données par Toshiba. Le modèle 50 pouces commercialisé au Japon bientôt coûtera environ 3 500 €. Le prix moyen d’un 40 pouces devrait être de l’ordre de 550 € en 2010, lorsque la production sera maximale et que la technologie aura trouvé sa niche dans le marché. Le SED serait donc à terme moins cher que le LCD.
- Les prévisions du marché
D’après les experts, le marché devrait évoluer dans les prochaines années au profit des écrans « plats », i.e. LCD et Plasma, au détriment de l’écran cathodique dont les ventes devraient nettement diminuer.
Toshiba et Canon espèrent avoir 20 % de parts de marché d’ici 2010, ce qui ferait du SED la technologie leader du marché. Si cette estimation se réalise, c’est sans doute au détriment du LCD que le SED se sera imposé. Cependant, le marché du LCD va encore évoluer avec l’arrivée de modèles nettement plus abordables. Le marché du plasma avait toujours été mince étant donné les prix des écrans, l’arrivée du SED pourrait sceller son sort. Enfin, les autres nouvelles technologies comme l’OLED ont aussi un marché prometteur à conquérir.
Conclusion :
En définitive, les écrans SED apportent un lot de nouveautés qui leur permettrait de s’imposer sur un marché en pleine mutation. Ils développent considérablement la technologie FED en la rendant viable commercialement, leurs caractéristiques apportent une réelle évolution vis-à-vis des technologies existantes. Ainsi, ils pourraient bien être la future technique de référence pour les écrans de télévision, si les prix parviennent au niveau global du marché.
Bibliographie/Webographie :
Dossier technique Fnac « Téléviseurs plats »
Sciences & Avenir Novembre 2005
http://www.tvservice.be
http://searchsmb.techtarget.com/sDefinition/0,,sid44_gci1071898,00.html
http://www.riff.org/news/clip/534.htm
http://www.hardware.fr
http://www.zdnet.fr
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_tunnel
http://www.hardware.fr/art/imprimer/593/
http://content.techweb.com/encyclopedia/defineterm.jhtml?term=FED
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