Les écrans LCD et Plasma sont-ils déjà des vestiges du passé ? On peut le croire, en constatant l’engouement industriel pour de nouvelles générations d’écrans, aux qualités incomparables. Les écrans du futur n’ont pas fini de nous étonner. Par Cyril Fiévet.

Sommaire

OLED, TOLED, PLED… place à « l’organique »
Des écrans à (nano) tubes
Les écrans d’après-demain… matin
De nouveaux écrans, pour quoi faire ?
Encadré : Rappel technique

Nous vivons depuis quelques années une révolution technologique de grande ampleur, qui concerne nos écrans. Que ce soit sur nos bureaux, dans nos salons ou dans les catalogues et les linéaires des revendeurs, les écrans plats sont désormais omniprésents. Certains constructeurs asiatiques ont annoncé l’arrêt de leur production d’écrans traditionnels à tube. Dans les cinq ans qui viennent, ceux-ci auront pour la plupart disparu au profit des écrans plats. (ci-contre, prototype OLED flexible – Fortuno Doro)

Pourtant, cette « révolution douce », symbolisée par les technologies LCD et plasma (voie encadré) en masque une seconde, plus radicale, celle des écrans « vraiment » plats et/ou souples.

S’appuyant sur des technologies radicalement différentes de celles qui ont précédé, ces écrans sont susceptibles d’offrir tous les atouts que l’on peut attendre pour produire des écrans ultra-légers, souples, incassables – et de toutes tailles, y compris démesurées. Dans l’industrie, ce qu’on n’hésite pas à qualifier de « saint Graal de l’écran » semble plus que jamais à portée de main.

OLED, TOLED, PLED… place à « l’organique »

La technologie la plus prometteuse pour ces écrans « d’après-demain » est sans doute OLED (« Organic Light-Emitting Diode ») et ses dérivés. La signification de l’acronyme en illustre bien le principe. Le mot « Organic » fait référence à l’utilisation de composants carbonés, marquant une rupture avec le verre, obligatoire dans les écrans d’aujourd’hui. OLED repose donc sur les propriétés physiques particulières de certains composants, qui s’éclairent lorsqu’on les soumet à un courant électrique. Une différence de taille avec les écrans rétro-éclairés (LCD notamment), qui nécessitent des lampes coûteuses et consommatrices d’énergie. Avec OLED, c’est l’écran lui-même – ou plus exactement les molécules qui le composent – qui « crée » la lumière.

Découvertes dès la fin des années 1980, ces propriétés physiques ont favorisé l’émergence de multiples technologies, susceptibles de donner naissance à de nouvelles générations d’écrans. On parle par exemple de TOLED pour désigner des écrans OLED transparents (le substrat organique utilisé étant un film plastique translucide), ou de PHOLED pour ceux qui disposent en outre de propriétés phosphorescentes.

Démonstration d’un écran souple (FOLED ; prototype) affichant une image vidéo
Universal Display – http://www.universaldisplay.com/foled.htm

On perçoit facilement la rupture technologique dont il s’agit en consultant la liste des détenteurs actuels des brevets relatifs aux technologies xLED : Eastman-Kodak, CDT (spin-off d’un laboratoire de l’Université de Cambridge, spécialisé notamment dans l’étude des polymères) ou Dupont sont quelques uns des artisans de cette révolution. Ce qui était jadis – essentiellement – un problème d’électronique s’est transformé en un savoir-faire de chimie, voire d’ingénierie moléculaire. Jadis, l’une des difficulté majeure consistait à fabriquer des dalles parfaitement plates, sur lesquelles poser l’écran. Aujourd’hui, l’enjeu est de positionner, de façon parfaitement maîtrisée à l’échelle moléculaire, de fines couches d’un substrat organique sur une surface quelconque.

Développé depuis plusieurs années par la société britannique CDT, PLED (Polymere Light-Emitting Diodes – ou Devices) est ainsi l’un des dérivés les plus prometteurs d’OLED. Dans ce cas, le composé organique luminescent est un polymère qui peut se manipuler sous la forme d’une solution liquide. Il est ainsi possible de déposer ce liquide particulier pour former l’écran, selon un procédé proche de celui d’une imprimante à jet d’encre. En somme, on « imprime » ce qui deviendra la surface de l’écran. Il faut ensuite recouvrir l’écran d’un film afin d’éviter que les polymères ne s’oxydent au contact de l’air.

Des écrans à (nano) tubes

Si OLED et ses dérivés semblent donc en mesure d’initier une révolution très attendue, d’autres pistes sont également envisagées, au premier rang desquelles figurent les nanotubes de carbone.

Les nanotubes de carbone (CNT) sont des molécules très particulières, en forme de grillage enroulé sur lui-même dont tous les points sont des atomes de carbone, d’un diamètre de l’ordre du millionième de millimètre. Les scientifiques ne cessent d’en découvrir les propriétés extraordinaires. Qu’il s’agisse de matériaux nouveaux ou d’électronique, les CNT conduiront très probablement à des avancées technologiques majeures dans les décennies à venir.

Pour ce qui concerne les écrans, les propriétés particulières des nanotubes permettent de poursuivre deux pistes d’innovation.

La première repose sur le constat – inexpliqué – qu’un CNT émet de la lumière lorsqu’il est soumis à un courant électrique (Cf. 01Net). Le procédé n’est donc pas très éloigné du principe d’OLED, d’autant que les nanotubes de carbone sont eux-mêmes organiques, par définition.

L’un des tout premiers écrans à nanotubes de carbone
Applied Nanotech – 14″ (prototype ; lire ci-dessous)

Mais une autre possibilité, largement plus avancée, consiste à tirer partie des CNT en tant qu’émetteurs d’électrons. Le nanotube devient alors le coeur d’un minuscule « canon à électrons », nécessitant très peu d’énergie et permettant d’envisager des écrans ultra-plats et souples. Ce procédé, développé par exemple par la société française Inanov), s’apparente fortement à la technologie mise en oeuvre dans les bons vieux écrans dotés de tubes à vide. Mais l’échelle est bien différente. Plutôt que de reposer sur un gros tube unique, l’écran se composerait d’une multitude de micro-tubes en verre, enfermant eux-mêmes les nanotubes de carbone.

Les écrans d’après-demain… matin

Plusieurs difficultés de taille restent à surmonter pour produire en masse ces types d’écrans. Par exemple la durée de vie. La technologie PLED bute actuellement sur la stabilité d’émission des polymères dans les trois couleurs principales – donc sur la durée de vie d’un écran couleur. On sait produire des polymères qui affichent du rouge et du vert de façon régulière, mais pas du bleu, ce qui empêche pour l’instant d’envisager des écrans TV dont les couleurs demeureraient inchangées sur une durée longue (plusieurs milliers d’heures). Pour ce qui est des nanotubes, l’une des difficultés provient de l’industrialisation du processus de dépôt (et d’alignement) uniforme de milliards de nanotubes avec la précision requise. Les progrès dans le domaine sont toutefois rapides. L’une des pistes sérieuses consiste à « faire pousser » des nanotubes sur une surface en contrôlant leur dispersion.

Pourtant, bien que les écrans souples ou d’une finesse extrême puissent faire figure de « nouvelles arlésiennes » des nouvelles technologies, il ne s’agit pas – ou plus – de science fiction. Ces écrans de nouvelle génération existent déjà, y compris dans des produits commercialisés. L’un des tout premiers écrans OLED sur le marché, produit par Kodak, était intégré dans un appareil photo numérique (LS633, écran de 2,2 pouces). La production des écrans en question, assurée par Sanyo en partenariat avec Eastman Kodak, a démarré en mars 2003 au rythme de 100 000 unités par mois. On trouve de multiples autres exemples, dans plusieurs familles de produits. Le téléphone mobile Philips 639, commercialisé depuis le début de cette année, intègre deux écrans, dont un écran OLED placé à l’extérieur du combiné (photo ci-dessus). Il existe aussi des montres-bracelets et des modèles d’autoradio (Pioneer) dotés d’écrans OLED. Et Sony a débuté le mois dernier la production de masse d’écrans OLED de 3,8 pouces destinés à équiper son PDA Clié.

Pour tous les appareils mobiles et de petites tailles, téléphones, PDA et appareils photo, OLED semble s’imposer comme une évidence, d’autant que la technologie est parfaitement au point pour des écrans de quelques pouces. (ci contre l’écran OLED KODAK NUVUE – 2,2″ matrice active, équipe aujourd’hui certains appareils photo)

Mais, si la majorité des écrans OLED commercialisés aujourd’hui sont de petite taille (et parfois monochromes), des prototypes plus ambitieux ont aussi déjà été présentés. En mars 2003, le plus grand écran OLED au monde, un prototype fonctionnel réalisé par IDTech, joint-venture entre IBM et la société taïwanaise Chi Mei Optoelectronics, mesurait 20 pouces. Un an plus tard, en mai dernier, Epson battait très largement ce record en présentant un téléviseur à écran OLED de 40 pouces de diagonale. Le constructeur assure que la commercialisation de ce type d’écran est possible dès 2007.

De même, des prototypes d’écran fonctionnent déjà à base de nanotubes « émetteurs d’électrons », notamment ceux de la société Applied Nanotech. L’entreprise a présenté en août 2004 un écran de 14″ (démonstration) et assure « qu’un écran de 25 pouces sera mis au point avant la fin de l’année ».

De nouveaux écrans, pour quoi faire ?

L’industrie semble donc bien s’être engagée dans la voie de ces écrans ultra-fins. Reste à savoir à quoi ils serviront.

En premier lieu, les écrans – notamment basés sur OLED – vont très probablement remplacer, à court terme, les écrans LCD dans la plupart des appareils de petite taille. Compte tenu de l’espérance de vie des téléphones et des PDA, la durée de vie des écrans OLED n’est pas forcément une contrainte. Et leur qualité intrinsèque (luminosité, contraste), ainsi que leur faible consommation énergétique sont, en revanche, des atouts forts, sur un marché en forte croissance. Les volumes pourraient s’avérer considérables : « Le marché des LCD est clairement dominé en valeur par les écrans de grande taille. En revanche, en unités, le ratio est inverse, les écrans de moins de 9 pouces représentent 97 % des écrans livrés soit environ 2.4 milliards d’écrans contre 67 millions », souligne le livre blanc « Bilan des forces et faiblesses de l’optique en France« , réalisé pour le compte du ministère délégué à la Recherche et publié en janvier 2004.

Dans un second temps, et c’est la promesse qui suscite le plus d’attentes, les écrans devenus souples vont donner naissance à de nouvelles applications, ou à de nouvelles générations de machines portables. Beaucoup de bureaux d’études ont dans leur tiroirs des PDA avec écran « dépliable » et autres « journaux électroniques enroulables ». Mais en devenant souples, les écrans vont aussi se généraliser – voire se banaliser – et probablement s’imposer en de nombreux endroits incongrus, à commencer par les vêtements ou les emballages de certains produits de consommation, qu’il s’agisse de boites de conserve ou de bouteilles. « Des emballages qui attirent l’oeil en changeant les informations qui y sont affichées, sur les points de vente, apporteront un véritable avantage concurrentiel à certaines marques », prédit ainsi la start-up CDT.

En matière d’affichage publicitaire, le facteur taille n’est pas à négliger. Grâce au fait que les écrans OLED coûtent bien moins chers à produire que les écrans LCD, certains industriels n’hésitent pas à annoncer des écrans de 500″ (soit 13 mètres de diagonale), tandis que d’autres soulignent le potentiel de technologies d’industrialisation qui permettraient de produire les écrans en « roll-to-roll », c’est-à-dire sous la forme de rouleaux, dans lesquels on taille la dimension voulue, ou presque. De quoi envisager des home cinémas sans commune mesure avec ce qui se fait de mieux aujourd’hui. Ou encore des panneaux publicitaires de grande taille, donnant réalité à certaines images de science fiction et fournissant aux gestionnaires d’affichage urbain les clés d’un nouveau modèle, dont les colleurs d’affiches sont exclus.

Le plus grand écran OLED au monde – Epson, 40″ (prototype)

Enfin, on peut anticiper que les écrans organiques joueront un rôle majeur dans un tout nouveau domaine : l’éclairage. Bien que cette vertu ne soit encore que peu mise en valeur par les fabricants, les technologies xLED reposent avant tout sur des surfaces éclairantes. Un régal pour les architectes, qui pourront concevoir des intérieurs dont les murs entiers (ou les plafonds) sont éclairants. Et si les écrans xLED seront très probablement des « tueurs de LCD », ils pourraient tout aussi bien marquer la fin de l’ère des halogènes et autres tubes néon, tout en modifiant notre façon de concevoir ce qu’est un « écran », utilisé tout autant pour afficher des images que pour nous éclairer, ou refléter de « l’information ambiante ».

Toujours selon le livre blanc du ministère de la Recherche, le marché de l’écran, après avoir atteint 57 milliards de dollars en 2002, frisera les 100 milliards de dollars en 2006. Et l’on peut prédire qu’en matière d’écrans, nous n’avons encore (presque) rien vu.

Cyril Fievet

Encadré : les principales technologies utilisées dans les écrans :

CRT : Cathode Ray Tubes. Ce sont les écrans traditionnels, qui ont par exemple donné naissance aux premiers téléviseurs. L’écran se compose d’un tube à vide, à la base duquel sont émis des électrons. Ceux-ci sont accélérés par des électrodes, créant un faisceau qui vient – à l’autre l’extrémité du tube – frapper une plaque phosphorescente. Bien que peu coûteux à produire et capable de générer des images riches en couleur et visibles sous tous les angles, les écrans CRT – encombrants et fragiles – sont aujourd’hui en fin de vie.

LCD : Liquid Crystal Display. Un cristal liquide est emprisonné entre deux plaques de verres polarisées par des électrodes. L’image se forme par les déplacements du cristal, mais l’écran doit forcément être retro-éclairé par l’adjonction de sources lumineuses (souvent de fins tubes éclairants fixés sur les côtés de l’écran), qui consomment parfois davantage d’energie que l’écran lui-même.
Explications : Wikipedia

Plasma : Le terme générique « plasma » désigne un gaz ionisé, correspondant à un état particulier de la matière dans lequel électrons et ions sont séparés des atomes et évoluent librement. Comme pour le LCD, le plasma est emprisonné entre deux plaques de verre et l’image se forme lorsque les électrons sont excités pour éclairer à la demande une matière phosphorescente. Les écrans à plasma sont plus lumineux que les LCD, mais consomment beaucoup d’énergie et leur avenir est limité par la contrainte du verre (taille, fragilité, poids…).

Comparaison d’un écran LCD (à gauche) et d’un écran OLED (à droite, Kodak)

OLED : Organic Light-Emitting Diodes. Un film organique (composé carboné) est pris en sandwich entre deux autres films jouant le rôle d’électrodes. Lorsqu’un courant est appliqué, le composé organique s’illumine. Les avantages de la technologie sont multiples : les écrans sont plus brillants, plus contrastés, plus fins et plus légers que les écrans LCD, tout en nécessitant beaucoup moins d’énergie et en coûtant potentiellement moins cher en production.
Explications : Kodak, Olight (Dupont) et Universal Display

PLED : Polymer Light-Emitting Diodes. Une technologie dérivée d’OLED, portant sur des polymères capables d’émettre de la lumière, qui sont aussi plus faciles à obtenir en solution liquide, ce qui permet d’envisager une industrialisation de type « imprimante à jet d’encre ». L’entreprise CDT, qui détient le brevet afférent, décrit de multiples autres avantages, par exemple le fait que « le taux de rafraîchissement des diodes à polymères est plusieurs milliers de fois plus rapide que celui d’un écran LCD ».
Explications : Webopedia – Applications : CDT

CNT : Carbon NanoTubes. On utilise les nanotubes en tant qu’émetteurs d’électrons, selon un modèle directement inspiré des écrans CRT, l’épaisseur en moins. Zvi Yaniv, PDG de Applied Nanotech, estime que « l’investissement nécessaire pour produire ce type d’écran est inférieur de 80 % à celui requis pour les écrans LCD ou plasma » et prédit que « dans le cadre d’une production de masse, un écran TV de 60 pouces basé sur la technologie CNT pourrait coûter moins de 1 200 dollars (1 000 euros) ».