Fonctionnement des écrans

[Blueprint 2 544]

Salut à tous !

 

Après le topic sur le fonctionnement des jeux vidéo, j'ai décidé de faire la même chose pour le fonctionnement des écrans, qui sont bien sûr indispensables à n'importe quel jeu vidéo. En effet, on a tous des écrans chez nous, que ce soit la télé à laquelle est reliée votre console, ou l'écran que vous utilisez pour lire ce topic. Je vais donc tenter d'expliquer le fonctionnement des différents types d'écrans suivants : tubes cathodiques (les gros écrans), écrans plats (LCD), et écrans tactiles.

 

Fonctionnement général d'un écran

 

Un écran est en fait constitué de millions de petits carrés (appelés pixels) qui peuvent chacun prendre une couleur (généralement 16 millions de couleurs possibles). Chaque pixel est composé de trois "sous-pixels" (appelés luminophores), de couleurs rouge, verte et beue.

 

 

 

 

Un écran d'ipod vu au microscope

 

 

C'est en faisant varier l'intensité lumineuse de ces trois couleurs que l'on peut reconstituer pratiquement toutes les couleurs visibles. Par exemple, si le rouge et le vert sont allumés, l'écran sera jaune. Pour du vert, on allumera seulement les luminophores verts. Pour du blanc, on allume tous les luminohpores. Pour du noir, on les éteint tous. Bien entendu, on fait varier l'intensité lumineuse des luminophores pour pouvoir reconstituer toutes les couleurs possibles (chaque luminophore peut prendre 256 niveaux de luminosité différentes, et, comme un pixel est constitué de trois luminophores, il y a 256³ = 16 millions de couleurs possibles) Voici ce que l'on appelle le schéma de synthèse positive des couleurs : il montre quelles couleurs primaires il faut additionner pour obtenir la couleur voulue :

 

 

 

 

 

C'est donc sur ce principe que fonctionnent tous les écrans couleur, quel que soit le modèle ou la marque. Précision : les écrans noirs et blancs étaient constitués de pixels contenant un seul luminophore blanc, dont on pouvait faire varier l'intensité.

 

I - Les écrans à tube cathodique (CRT)

 

Les écrans à tube cathodiques (CRT (Cathode Ray Tube)) sont les premiers écrans qui sont apparus (le premier date de 1931) ; il s'agit des gros écrans comme sur la photo ci-dessous :

 

 

Leur fonctionnement est très intéressant. Pour l'expliquer, je vous propose deux petites expérience :

 

- Prenez un pointeur laser, et pointez-le sur une feuille blanche. Si vous regardez de l'autre côté de la feuille, vous constaterez que le point rouge du laser est visible, mais que, par contre, le rayon ne passe plus (vous ne verrez pas le point rouge du pointeur contre un mur si vous le bloquez avec une feuille.)

 

- Prenez une règle, un stylo, ou n'importe quoi du même genre du moment que c'est en plastique. Frottez-le contre un truc en laine, ou contre vos cheveux (c'est ce qui marche le mieux). Ensuite, faites couler un fin filet d'eau d'un robinet, et approchez le stylo ou la règle que vous avez frotté. Vous allez voir que le filet d'eau est attiré (et donc dévié) par le stylo. Cela s'explique par les charges (ce que l'on appelle plus couramment "électricité statique"). Quand vous frottez le truc contre vos cheveux, il se charge positivement. L'eau étant neutre, elle va être attirée par le stylo (si vous voulez en savoir plus sur ce phénomène, demandez en postant une réponse).

 

C'est exactement les mêmes phénomènes qui sont utilisés dans les télés à tube cathodique (CRT), sauf qu'à la place de l'eau, c'est un "rayon" d'électrons qui sont déviés par un aimant. Je vais d'abord expliquer le fonctionnement d'un écran d'oscilloscope (un écran CRT simple), et ensuite celui des écrans de télé.

 

Un écran CRT est constitué d'un canon à électrons (qui joue le rôle du pointeur laser dans notre expérience), et d'électro-aimants (aimants qui sont activés ou non, par un courant électrique, qui fonctionne avec une bobine). L'écran est une plaque en verre, dont un côté (le derrière) est recouvert d'un produit chimique capable de transformer l'énergie électrique du rayon d'électron en énergie lumineuse. Ces produis s'appellent des colorants fluorescents. Il en existe de toutes sortes : certains renvoient de la lumière rouge, d'autres verte, ou rouge, etc…

 

Le canon à électrons envoie donc un rayon d'élections sur l'écran. Le colorant fluorescent transforme l'énergie électronique en énergie lumineuse. Vous allez donc me dire "Dans ce cas, on ne voit qu'un point sur l'écran, comme le rayon laser sur la feuille !". C'est justement là que les électro-aimants vont intervenir. Ils vont dévier le rayon (comme le crayon déviait le filet d'eau, d'ailleurs vous pouvez essayer d'approcher un aimant d'un écran CRT si vous en avec encore un, vous allez voir ce que ça fait). Des électro aimants font faire des va-et-vient au rayon sur l'écran (balayage), et d'autres vont l'orienter vers le haut ou vers le bas.

 

 

Sur ce schéma du fonctionnement d'un oscilloscope, on voit le canon à électrons qui produit le rayon, et les électro-aimants qui l'orientent.

 

Maintenant, pour les télévisions et les écrans couleur classiques :

 

On a également un canon à électrons et des électro-aimants qui peuvent dévier le rayon vers le haut, le bas, la droite ou la gauche comme sur l'oscilloscope. La différence est dans l'écran : au lieu d'avoir un écran recouvert d'un seul produit chimique, on a un écran recouvert de trois colorants fluorescents rouge, vert, et bleu, qui correspondent aux luminophores comme vous l'aurez deviné.

 

En fait, le rayon effectue un balayage ligne par ligne, pixel par pixel, luminohpore par luminophore. Quand il arrive au bout d'une ligne, il s'éteint, se place au début de la ligne d'en dessous et recommence ainsi de suite. Pour faire varier l'intensité lumineuse des luminohphores, il s'éteint plus ou moins. En gros, voici comment il procède :

 

1 - Il arrive sur un luminophore

2 - Il sait (par la console ou l'antenne) qu'il doit avoir telle intensité lumineuse

3 - Il s'allume avec l'intensité lumineuse correcte

4 - Il passe au luminophore suivant.

 

 

Sur ce schéma, on voit le cycle de balayage. Les parties en noir et rouge représentent les moments où le canon à électrons est éteint.

 

Et il balaye ainsi tous les pixels de l'écran environ 30 fois par seconde (télévision 30 Hertz). Donc, comme vous l'aurez compris, ce balayage est EXTRÊMEMENT RAPIDE (d'où le besoin d'avoir du vide dans la télé, pour ne pas gêner le rayon).

 

Le schéma ci-dessous montre le fonctionnement des dernières télés CRT, où il y avait trois canons à électrons (un par couleur), ce qui permettait d'atteindre 60 fus (cette technologie était surtout utilisée pour les moniteurs d'ordinateurs) :

 

 

Voilà, c'est donc le fonctionnement des écrans à tube cathodique. Comme vous pouvez le voir, c'est une assez belle technologie quand même… Ces écrans tendent à être remplacés par les écrans LCD, moins encombrants et moins chers.

 

II - Les écrans plats (LCD)

 

Les écrans plats LCD (Liquid Crystal Display), comme leur nom l'indique, fonctionnent avec des cristaux liquides, sont les plus utilisés aujourd'hui (télévisions, écrans d'ordinateur, téléphones portables, etc…). Leur fonctionnement est bien plus simple que les écrans CRT.

 

Un écran LCD est constitué d'une lampe, située à l'arrière (parfois ce sont des LED qui servent de lampe, c'est ce que l'on appelle les télés à LED), souvent des tubes fluorescents (des néons en gros). Il y a ensuite un couche de petites cases contenant une substance chimique appelée MBBA (N-(4-méthoxybenzylidène)-4-butylaniline), notez cependant que le TBBA est parfois utilisé. Ces substances chimiques se présentent sous la forme de magnifiques cristaux jaunes (photo ci-dessous), et ont une propriété très intéressante : ils laissent passer la lumière quand ils sont traversés par un courant électrique, et sont opaques si il n'y a pas de courant. Encore mieux : on peut doser leur opacité en leur administrant plus ou moins de courant.

 

 

Il y a, contre l'écran, une série de petits filtres rouges, verts et bleus (qui correspondent aux luminophores). Il y a une case de cristaux liquides pour chaque petit filtre. . Et c'est comme cela que fonctionne un écran LCD : on rend les petites cases de cristaux plus ou moins opaques, ce qui laisse plus ou moins passer de lumière (provenant du rétro-éclairage) et rend les luminophores plus ou moins lumineux.

 

 

Voici un schéma montrant le fonctionnement d'un écran LCD (les cristaux liquides sont appelés "filtres d'orientation" sur le schéma).

 

C'est la raison pour laquelle on ne pouvait pas en construire au début : il faut un système informatique assez performant pour pouvoir gérer toutes les cases de cristaux liquides en même temps…

 

Les premiers écrans LCD étaient en noir et blanc, et avaient des formes prédéfinies, et bien sûr pas de rétro éclairage. Ces vieux écrans sont encore utilisé pour l'affichage des calculatrices.

 

III - Les écrans tactiles

 

Tout d'abord, il est important de signaler que l'affichage des écrans tactile est exactement le même que ceux expliqués précédemment. Il n'y a que la surface qui change.

 

Il existe deux grands types d'écrans tactiles : les écrans capacitifs et les écrans résistifs. Les écrans capacitifs sont ceux qu'il suffit d'effleurer (écrans d'iphone, ipad, etc…), et les écrans résistifs sont des écrans moins chers, moins précis nécessitant souvent un stylet (ex : écran de la nintendo DS).

 

Ecrans résistifs :

 

Ils la surface est constituée de deux couches, traversées par énormément de petits fils métalliques dans lesquels circulent de l'électricité (les fils de la plaque 1 sont orthogonaux à ceux de la plaque 2). Il y a une sorte de pâte transparente entre les deux qui sépare les deux plaques. Quand on appuie dessus, le liquide est poussé et les deux plaques se touchent. Il y a donc contact électrique entre un fil de la plaque 1, et un autre de la plaque 2. L'écran connaît donc la position x et y de l'endroit où il y a eu une pression.

 

Schéma montrant les deux plaques d'un écran tactile capacitif :

 

 

Ecrans capacifis :

 

Ces écrans fonctionnent avec les charges électriques, et sont beaucoup plus intéressants que les écrans résistifs (pas besoin d'appuyer, un effleurement suffit, possibilité de toucher deux endroits à la fois, plus grande précision et réactivité…).

 

Ils fonctionnent exactement comme le trackpad d'un ordinateur portable : un courant électrique traverse la plaque. Quand on le touche, il y a une brusque chute d'intensité dans la plaque (puisque les doigts sont conducteurs et jouent le rôle de masse). La position est déterminée par quatre capteurs (au quatre coins du trackpad), qui calculent la position à partir du temps et de la vitesse (formule d=v X t). En effet, il connait le temps que la chute d'intensité a mis a parcourir l'écran, et aussi la vitesse de l'électricité (299 792 km/s). Chaque capteur va donc pouvoir déterminer un ensemble de points possibles (un arc de cercle plus précisément) et, en combinant les coordonnées des quatre capteurs, on trouve un seul et unique point. Trois capteurs auraient suffit, mais le quatrième es là pour plus de précision.

 

Pour les écrans, c'est la même chose que pour le trackpad, à une différence près : la surface est transparente. Il s'agit d'un verre spécial et cher (appelé verre d'oxyde indium-étain) qui est conducteur d'un côté.

 

Voici un schéma montrant un plaque de verre induim-étain, avec les quatre capteurs :

 

 

C'est donc pour cela que vous ne pouvez pas faire marcher un écran d'ipod avec un stylo : il faut avoir un objet conducteur (comme un doigt)…

 

J'espère donc que cette "analyse" vous aura plus, et que vous regarderez vos écrans d'un oeil différent

 

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser

[Mcfly_7 3 306]

C'est toi qui a écrit tout ça ?

[Blueprint 2 544]

C'est toi qui a écrit tout ça ?

 

 

Oui. Je ne suis pas du genre à copier-coller sans citer les auteurs

[Siemens 81]

Blueprint, merci pour ce sujet, fort intéressant, cela me rappelle mon premier écran pc lol.

 

Une chose que tu sais peut-être, si vous changer de télé, pour un écran plat.

 

De toute façon de bon vieux écran télé tube cathodique, est presque introuvable.

 

Mais sachez une chose si vous avez une télé à écran plasma, si vous jouez au jeu vidéo.

 

La remanescence de la trame va rester au fil du temps hélas.

 

Je m'explique en simple français, si vous jouez, vous verrez apparaitre par la suite, les images de votre jeu vidéo sur l'écran, ce qui est fort génant.

 

Ou même un simple écran publicitaire, cela les vendeurs ne vous le dise jamais hélas.

 

 

Avec un LCD aucun souci, et surtout ils sont moins cher que le Plasma.

[.GTA.V. 73]

C'est très interressant, ce ne sont pas des choses qu'on irai chercher par sois même

 

 

Blueprint, merci pour ce sujet, fort intéressant, cela me rappelle mon premier écran pc lol.

 

Une chose que tu sais peut-être, si vous changer de télé, pour un écran plat.

 

De toute façon de bon vieux écran télé tube cathodique, est presque introuvable.

 

Mais sachez une chose si vous avez une télé à écran plasma, si vous jouez au jeu vidéo.

 

La remanescence de la trame va rester au fil du temps hélas.

 

Je m'explique en simple français, si vous jouez, vous verrez apparaitre par la suite, les images de votre jeu vidéo sur l'écran, ce qui est fort génant.

 

Ou même un simple écran publicitaire, cela les vendeurs ne vous le dise jamais hélas.

 

 

Avec un LCD aucun souci, et surtout ils sont moins cher que le Plasma.

 

 

Il y a LED maintenant

Modifié 26 janvier 2013 par .GTA.V.

[TheToch 2 217]

En parlant d'écran LED, il y a une distinction à faire :

 

Ce qu'on appelle « écran LED », c'est juste le rétroéclairage (Edge LED).

 

Si vous désirez une télévision complétement LED (Affichage + rétroéclairage), il vous faut vous dirigez vers des Full LED. Vous pouvez facilement les reconnaitre par deux moyens : Elles sont aussi fines qu'une carte de banque et coûtent très cher

[.GTA.V. 73]

Bah moi je pense que c'est uniquement le rétroéclairage ^^', (470€)

[ChickenEater 71]

Désolé, je n'ai pas eu le courage de finir Mais sache que j'ai lu avec intérêt!

[Yumï 351]

Bravo.

 

Vivement le prochain dossier.