Dossier : les écrans OLED, comment ça marche ?

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Après notre tour d’horizon du fonctionnement des écrans LCD, on continue avec une autre technologie, souvent citée comme étant le futur de l’affichage : l’OLED.

Il n’y a pas que le LCD dans la vie, à voir les TV présentées au dernier CES, c’est même carrément « has been » : place à l’OLED ! Alors qu’est-ce qu’une OLED ? Cela signifie « Organic Light Emitting Diode », c’est-à-dire « Diode électroluminescente organique ». On va donc commencer par voir de plus près ce qu’est une diode électroluminescente ordinaire (pas organique): la bonne vieille « Light Emitting Diode », la LED.


La LED
Comme son nom l’indique, une LED est avant tout une diode. Une diode est un composant électronique assez simple dont la propriété est de ne laisser passer le courant que dans un sens, on verra plus loin pourquoi elles se comportent de cette manière. On a déjà un petit peu parlé des semi-conducteurs et de la notion de bande d’énergie dans ces solides. On rappelle que les électrons d’un solide semi-conducteur ne peuvent pas avoir n’importe quelle énergie mais seulement dans des intervalles précis, des « bandes ». La bande de plus faible énergie est la bande de Valence. Celle qui permet le mouvement des porteurs de charge est la bande conductrice. Entre les deux, il y a un écart qu’on appelle le « gap ».

Si je dis « porteurs de charge », et pas simplement « électron », ce n’est pas (seulement) pour me la jouer, c’est qu’il existe deux sortes de semi-conducteurs : “p”, positifs et les “n”, négatifs. En général, les semi-conducteurs sont « dopés », c’est-à-dire qu’on leur injecte une petite quantité d’un autre matériau qui va changer leurs propriétés. Si les atomes du dopant sont enclins à donner des électrons, le semi-conducteur va avoir tendance à se retrouver avec un excès d’électrons (négatifs) et on dira qu’il est de « type n ».

Un semi-conducteur de type n. L'atome de dopant possède un électron qui n'est pas utilisé pour les liaisons, il servira à augmenter la conductivité.

Si, au contraire, les atomes du dopant ont plutôt tendance à capturer des électrons, le semi-conducteur va se retrouver avec un déficit en électrons et on dira qu’il est de « type p », pour « positif ». En fait, dans ce dernier cas, tout se passe comme si ces absences d’électrons créaient autant de « trous » positifs. Par extension, on considère ces trous comme des charges positives.
Pour faire une diode, un accole un morceau de semi-conducteur de type p et morceau de type n. En l’absence de champ électrique, il ne se passe rien, les électrons restent tranquilles dans leur bande de Valence. Si on branche maintenant notre diode à une pile de façon à ce que le (+) soit en contact avec le type p et le (-) avec le type n, alors la différence de potentiel va pousser les électrons et les trous à la collision. Il va y avoir une mince bande dans laquelle des cohortes d’électrons lancés à toute allure vont tomber dans l’armée de trous voyageant à contre-sens, c’est la « bande de recombinaison ».

A la jonction entre n et p, les électrons et les trous se recombinent et produisant de la luimière.

Notons au passage que si on avait inversé les polarités, les trous et les électrons « fuiraient » dans des directions opposées, ils ne seraient pas poussés à se rencontrer et il n’y aura pas de recombinaison. Le courant ne passerait pas, on reconnaît le comportement d’une diode dont on parlait plus haut.
Les électrons en marche sont dans leur bande conductrice, quand l’un d’entre eux tombe dans un trou, il perd de l’énergie : il va émettre un photon. Chaque “chute” émet donc de la lumière, la bande de recombinaison va se mettre à briller : nous avons une diode électroluminescente.

De toutes les couleurs
L’énergie qui est libérée par chaque « chute » dépend de la taille du gap, elle conditionne la couleur de la lumière émise. Une lumière bleue demande un gap plus grand qu’une lumière rouge par exemple. Les couleurs dépendent des matériaux utilisés et sont plus ou moins faciles à obtenir. La LED est assez ancienne, la première fut rouge et commença à briller en 1962. Dans les années 90, après le vert et le jaune, on arrive enfin à produire du bleu. Aujourd’hui, on arrive à faire des LED de presque toutes les couleurs, parfois en trichant, comme pour les LED blanches.
Ces dernières sont en fait des LED bleues recouvertes d’une substance qui émet de la lumière jaune si elle est excitée convenablement. Ces LED sont très importantes actuellement, car elles sont utilisées en remplacement des tubes fluorescents pour le rétro éclairage des écrans LCD. Le rendement lumineux des LED étant très bon, cela économise beaucoup d’énergie. Il faut donc bien différencier les écrans à “retro éclairage LED”, qui sont très courants et parfois appelés un peu abusivement “écrans LED”, des écrans OLED ou Crystal LED.

Et pour mon écran ?
On sait fabriquer des LED rouges, vertes et bleues. Donc en alignant ces triades, on peut fabriquer un écran couleur. Jusqu’ici, le problème de créer un écran de taille raisonnable de cette manière venait de la taille de chaque LED. Pour un écran 1080p, il faudrait dans les six millions de LED, contenues sur une surface inférieure au mètre carré. Il faut donc atteindre un degré de miniaturisation important. C’est un challenge qui a d’ailleurs été relevé récemment par Sony, avec sa technologie Crystal LED dévoilée au CES 2012.

Six millions de LED pour cet écran Sony

Dans un écran LCD, la lumière du rétro éclairage est modulée par le panneau LCD, avec beaucoup de lumière gâchée à la clef. Avec un écran LED, chaque pixel émet sa propre lumière, plus besoin de rétro éclairage. Le rendement lumineux de l’écran est meilleur, les noirs sont « parfaits » : il suffit d’éteindre le pixel. De plus, comme il n’est plus question de modulation ou de polarisation de lumière, les angles de visions sont aussi beaucoup plus larges.

Et l’OLED dans tout ça ?

L'écran souple, une réalité avec l'OLED.

Le « O » d’OLED signifie « Organic ». Les OLED sont des LED qui reposent sur des composants organiques, c’est-à-dire des comportant du carbone, de l’oxygène, de l’hydrogène et de l’azote. Au lieu d’utiliser du Silicium, du Gallium, on utilise des molécules comme le polyacétilène par exemple. Cependant, le principe de fonctionnement d’une OLED est exactement le même que pour une LED « classique » au silicium (par exemple). Troquer nos bons vieux semi-conducteurs pour des matières organiques peut cependant se révéler assez avantageux. Ces matériaux sont moins chers, plus simples à se procurer ou à synthétiser. Ils ne reposent pas sur des terres rares dont les ressources sont dramatiquement limitées. Ils sont plus flexibles et permettent des écrans courbes, voire souples !

La fabrication des écrans OLED est aussi plus simple. Grâce à des procédés proches de l’impression à jet d’encre, on peut en théorie fabriquer des écrans de toutes les formes et de toutes les tailles. On pourrait même en imprimer sur des mur, ou en “peindre” sur des surfaces pour servir d’éclairage.
La technologie OLED est assez jeune : 1997 pour la première utilisation commerciale, les premiers brevets étant détenus par Kodak. Elle souffre encore de quelques inconvénients. Un des principaux écueils des OLED a longtemps été leur durée de vie, relativement faible. Le vieillissement de ses diodes peut rendre un écran OLED entre 2 et 5 fois moins durable qu’un écran LCD. La recherche sur ce point avance rapidement néanmoins.

Une TV LG OLED de 55" présentée au CES 2012

Le processus de fabrication des écrans OLED est très différent de celui des LCD, et même s’il pourrait se révéler plus économique, il faut quand même remplacer les chaines de montage. Alors que pratiquement toutes les usines actuelles fabriquent du LCD, migrer massivement vers l’OLED demande des investissements colossaux qui ne seront consentis que pour une technologie très mature.
Quelques raisons qui font qu’on entend beaucoup parler d’écrans OLED depuis les démonstrations de Sony en 2007 (son fameux XEL-1) mais que bien peu ont atteint les rayonnages depuis. Avec le Samsung Galaxy S2, et la PS Vita, les écrans OLED de tailles de plus en plus grandes deviennent disponibles. Le CES 2012 a été l’occasion pour tous les constructeurs de télévision, ou presque, de présenter leurs modèles OLED de grandes diagonales. Des appareils qui ne seront néanmoins disponibles que fin 2012 ou début 2013, et sans doute pas pour toutes les bourses.
Doucement, mais surement, les écrans (O)LED cheminent vers nos salons, et ils finiront sans doute par supplanter les écrans LCD. Mais la transition va durer encore un moment, peut-être une petite décennie.

 

le 6 1413
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6 commentaires
  1. Salut à tous je m’appelle farista et j’ai un problème. Je suis africain et ici nous à vont un problème :quand nos écrans de téléphone tombe en pane nous sommet obligé de les changé et toutes fois nous ne trouvont pas toujours des pièces de rechange.
    Moi je me pose la question si ces écran peuvent être recyclé ? ? ? Si oui,comment??.
    Je vous en prie aidé moi. Et sa réduira la pollution d’un pousse..

  2. Bonjour,
    Petite précision en bas de votre paragraphe “et pour mon écran?” un écran LED est, dans la grande distribution, une dalle LCD traditionnelle rétroéclairée par une mosaïque de LED BLANCHES. On parle alors d’écran LED par opposition au système de rétroéclairage pré-éxistant à base de tubes fluocompacts rectilignes.

    C’est une confusion volontairement entretenue par le commerce pour vendre du nouveau qui n’en est pas à proprement parler.

    Les écrans LED “purs” dont vous parlez, avec des LEDs RGB n’existent que dans le secteur professionnel: ce sont les grand écrans des stades de foot par exemple, panneaux publicitaires hightech etc. Leur image n’est bonne qu’à condition d’être suffisamment éloigné et que l’ensemble des trois LED (1rouge + 1verte + 1bleue côte à côte) n’apparaisse qu’une formant un point blanc.

  3. LCD, LED, EDGE LED, OLED, AMOLED, SUPER AMOLED, KESKETELED … on finit par s’y perdre dans tous ces standards d’affichage … au delà des technologies employées, il est plus que nécessaires d’aller dans un magasins jauger de la qualité des images délivrées par un téléviseur car, de fait, les LED qu’on nous vendait comme infiniment plus contrastés que les LCD ne le sont pas. Ou pas forcément. En revanche, l’image de mon Galaxy Note est saisissante de contraste et de vivacité des couleurs … au détriment de la colorimétrie (à régler en mode vidéo) ! Donc une technologie à voir, a admirer, à suivre de près, les yeux grands ouverts et l’esprit critique en éveil !

  4. Le OLED est en effet le devenir des écrans en tout genre … mais pour la télé, il faut penser qu’il faut loger le décodeur TNT et le tuner, sans compter les HP. Au final, la dalle pèsera moins que les composants électroniques eux-mêmes.

  5. Le OLED est en effet le devenir des écrans en tout genre … mais pour la télé, il faut penser qu’il faut loger le décodeur TNT et le tuner, sans compter les HP. Au final, la dalle pèsera moins que les composants électroniques eux-mêmes.

  6. Le OLED est en effet le devenir des écrans en tout genre … mais pour la télé, il faut penser qu’il faut loger le décodeur TNT et le tuner, sans compter les HP. Au final, la dalle pèsera moins que les composants électroniques eux-mêmes.

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