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Les technologies du futur

Les écrans souples OLED (II)

Les écrans envahissent notre vie. Du tube cathodique des années 1930 (les premiers postes de télévision américains) à l'écran plat des années 1990 (tablette de Fidler de 1994) et aux écrans souples d'aujourd'hui, nous assistons à une révolution technologique.

Les applications des écrans plats ont débordé le secteur multimédia pour s'adapter aux exigences des utilisateurs, qu'ils soient à domicile, en vacance, en ville ou sur leur lieu de travail. 

De la télévision à l'écran d'ordinateur en passant par le smartphone (iPhone), le GPS, l'APN, l'ordinateur de bord des automobiles, l'album photo-souvenir numérique, le réfrigérateur, le miroir de la salle de bain et bien d'autres objets, les écrans plats sont partout : domicile, bureau, voiture, lieux publics, cafés-restaurants, transports en commun, etc. En fait, les écrans plats deviennent universels.

La taille des écrans s'est également adaptée aux périphériques; elle varie de la taille d'un ongle à celui de l'écran mural de plusieurs mètres carrés.

A voir : L'écran OLED développé par Sony en 2007

CES Show

Document AFP/Yoshikazu Tsuno.

Les écrans souples sont à portée de main. A l'extrême gauche, le vidéo-bracelet (visual bracelet) imaginé par Vodafone en 2005. A sa droite, le prototype d'écran Flex OLED de 0.2 mm d'épaisseur de Sony présenté au CES en 2009. A droite du centre, en 2010 Universal Display a fourni 8 bracelets OLED à l'armée américaine à des fins d'évaluation. Voici la version antichoc du modèle. Ainsi qu'elle l'a annoncé en 2009, cette compagnie a vendu sa technologie à Samsung et LG Display notamment. A droite, un écran OLED de 5.5" d'une résolution de 720p présenté par Samsung au CES en 2013. Depuis, ces écrans OLED sont devenus presque aussi souples que du papier.

La révolution des écrans plats est surtout celle des écrans souples. Tout a commencé avec les diodes électroluminescentes ou LED (Light-Emitting Diod) qui ont permis de concevoir et de développer des systèmes d'affichages et d'éclairages de plus en plus sophistiqués tout en limitant leur dimension et en réduisant leur consommation d'énergie.

Puis sont apparues dans les années 1970 les calculatrices ultra plates munies d'écrans LCD (à cristaux liquides) ou TFT (plasma) rétroéclairés qui furent bientôt capables d'afficher des graphiques en haute résolution. Cette technologie fut ensuite appliquée aux GSM et plus récemment aux smartphones et autres tablettes.

Aujourd'hui la révolution technologique est celle des OLED (Organic Light-Emitting Diod), c'est-à-dire des LED organiques, fabriquées à partir de carbone, et leur variante les AMOLED, alliée dans un futur proche à l'utilisation du graphène et des métaux transparents (voir plus loin).

La technologie OLED et ses variantes offre beaucoup d'avantages. Elle permet de fabriquer des écrans ultrafins, légers et souples dont chaque pixel représente une OLED. A l'inverse des écrans LED ou CCFL, les OLED sont lumineuses et il n'est donc plus nécessaire de les éclairer par l'arrière. Les écrans offrent donc un contraste plus élevé et des couleurs plus riches que ceux exploitant les anciennes technologies.

Fini les blocs-notes, les carnets d'adresses, les cartes routières, les porte-documents et autres terminaux volumineux. Une feuille souple et légère de format A4 ou A5 vous permettra d'afficher n'importe quel texte ou image en couleurs avec une qualité supérieure à celle du papier (150 dpi contre 100 dpi).

Dans le secteur des dalles LCD et OLED, deux constructeurs monopolisent le marché : les sud-coréens Samsung et LG (Lucky-Goldstar) qui comptent par ailleurs parmi les entreprises les plus fortunées.

En 2013, LG annonça qu'il lançait la production en masse d'écrans OLED pour les smartphones. Début 2016, LG présentait au CES les premiers écrans pratiquement aussi souples qu'une feuille de papier ! On peut en déduire que le marché des écrans va continuer à croître et se développer, touchant de plus en plus de secteurs, y compris la domotique. On y reviendra.

Les concepts de smartwatches, hybrides entre le smartphone et l'ordinateur-bracelet, de Samsung tirant avantage des écrans souples oled à base de graphène. Après son modèle S9110 et Galaxy Gear, Samsung prouve que la science-fiction peut devenir réalité.

A côté des smartphones et autres "surfaces", les fabricants imaginent déjà utiliser des écrans souples dans toutes sortes d'applications, y compris celles exploitant la "wearable technology" ou technologie des vêtements et accessoires connectés.

Parmi ces produits, on trouve les smartwatches qui sont des combinés hybrides entre le smartphone, l'ordinateur-bracelet telle la fameuse Galaxy Gear de Samsung commercialisée en 2013, et des supports aussi divers que les affiches publicitaires, les journaux, les magazines, l'électroménager, les accessoires, les vêtements, bref à peu près tout.

Ainsi, le Ministère de la Défense américain et les compagnies d'astronautique envisagent de munir les militaires et les astronautes d'écrans souples (fixés sur l'uniforme, au dessus de la combinaison ou portatif) pour garder le contact ou pour interroger des bases de données.

La définition des écrans augmente également. En 2011, la haute définition (HD de 1280 x 720 pixels) était le standard. En 2013, on parle de Full HD (FHD de 1920 x 1080 pixels). Nous serons bientôt au Wide Quad HD (WQHD de 2560 x 1440 pixels) tandis que l'Ultra HD et les "TV 4K" (UHD de 3840 x 2160 pixels et plus) sera la norme vers 2015.

LG Display est déjà en avance sur ses concurrents. Le constructeur japonais travaille sur des écrans de TV OLED incurvés pour accentuer l'impression de relief. Son écran de 55" (ref. LG 55EA980V ou 55EA9800) présente une épaisseur de 4.3 mm et pèse moins de 18 kg. Son prix de 9999$ le rend pour l'instant hors de portée du grand public. LG commercialise également un modèle de 77" UHD de 4096 x 2304 pixels. Dans quelques années les écrans LG auront l'épaisseur et seront aussi flexibles qu'une feuille de papier !

L'armée américaine va encore plus moins avec des écrans capables d'afficher des cartes militaires en trois dimensions sans aucun accessoire. L'un des projets développé par Zebra Imaging, un ancien projet du DARPA constitué en startup, consiste en un écran exploitant des polymères photoréfractifs offrant 100% de diffraction, une invention de l'équipe de Savas Tay de l'Université d'Arizona faite en 2008. La scène est photographiée en 2D puis reconstruite en 3D par un système holographique (laser). L'avantage du système est que l'image peut être affichée sans utiliser de laser et en ne portant pas de lunettes particulières, en couleurs et en 3D, en format proche du A1 (24x36" ou 60x91 cm) comme on le voit ci-dessous à droite.

A voir : Future of Screen Technology, TAT's Open Innovation, 2010

A lire : Transparent metal films for smartphone, tablet and TV displays, Phys.org, 2015

The Wonders of Transparent Aluminum, Makezine, 2012

A gauche, TV OLED de 77" à écran incurvé présenté par LG au CES en 2013. A droite, carte militaire en trois dimensions (holographique) de 60x91 cm développée en 2013 par Zebra Imaging sur base d'une technologie inventée en 2008 par l'équipe de Savas Tay de l'Université d'Arizona.

Indirectement, ces écrans souples permettent de faire des économies de papier (et de déchets) et ne se détériorent pas. Cela nous offre une transition idéale pour découvrir le papier électronique.

Le papier électronique

C'est Sony qui commercialisa le premier livre numérique ou liseuse "eBook reader PRS-500" en 2006. L'année suivante, Amazon sortit sa liseuse "Kindle". Aujourd'hui le marché s'est étoffé avec de nouveaux fabricants : Kobo (modèles Aura et Glo), Bookeen (modèle Cybook Odyssey), PocketBook (modèle Touch Lux), Archos (modèle Archos 90 eBook), etc.

Ces liseuses pèsent moins de 200 g, l'écran mesure 6" (et même 9" sur l'Archos) pour une définition d'environ 1024x768 pixels, la luminosité est ajustable, elles supportent les formats ePub (sauf la Kindle), PDF, HTML, RFT, TXT, JPEG, GIF, etc, acceptent une carte SDHC jusque 32 GB (sauf la Kindle), fonctionnent en Wi-Fi et peuvent contenir jusqu'à 1000 ou 3000 livres selon les constructeurs. Leur prix oscille entre 99€ (Sony PRS-T3S) et 190€.

La liseuse Kindle Paperwhite de 6" d'Amazon (modèle 2013). 

Tous les fabricants proposent donc pratiquement le même produit et les mêmes services à quelques détails près (intensité de l'éclairage maximum, usage ou non du Cloud, volume du catalogue disponible et format des fichiers).

Amazon se démarque toutefois par un catalogue de livres et de quotidiens, y compris en français, plus complet que ses concurrents du fait qu'il vend lui-même ces produits. Son outil de recherche est également plus complet que celui de ses concurrents.

Fin 2013, Amazon proposait plus de 80000 titres en ligne pour sa Kindle dont plus de 4500 livres gratuits en français contre 3400 livres gratuits pour Bookeen.

Soulignons que si la tablette n'est pas une liseuse au sens propre, elle entre malgré tout en concurrence avec cette dernière puisqu'elle permet de consulter de la documentation, qui plus est multimédia, au format électronique.

Vers 2020, on envisage de remplacer les journaux et les livres par des écrans souples OLED exploitant la technologie EPD (electronic paper display) et une encre électronique (e-ink). Ce dispositif pourrait être exploité dans le cadre de l'édition, de l'éducation, des loisirs et même du commerce.

A l'heure de l'informatique et des liaisons radiofréquences, la mise à jour des informations serait assurée automatiquement en passant l'appareil près d'une borne d'émission. Inversement, vous pourrez vous abonner à des services Internet qui mettront vos magazines et vos livres numériques automatiquement à jour sans que vous n'ayez à les manipuler !

L'ère du graphène

La technologie du graphène va sans conteste devenir une industrie importante à l'avenir. Le graphène fut inventé en 2004 par Andre Geim (Prix Nobel de Physique 2010) et Konstantin Novoselov. C'est un matériau bidimensionnel en carbone, léger, ultra résistant, dix à cent fois plus conducteur que le silicium et consommant très peu d'énergie dont les applications touchent tous les domaines. 

Une percée importante fut accomplie en 2015 par l'ingénieur Ravinder Dahiya et son équipe de l'Université de Glasgow qui ont découvert la possibilité de produire des structures en graphène 100 fois plus économiques qu'auparavant.

Dahiya a trouvé le moyen de fabriquer au détail des feuilles de graphène au détail à partir de cuivre revenant à 1$ par mètre carré, comparé aux 115$ que coûtait jusqu'à présent la même quantité de cuivre. Ce progrès met le graphène à la portée de l'industrie et d'ici une décennie à la production en masse.

Nous reviendrons sur ce matériau qui commence à se démocratiser à propos des prothèses médicales et de la voiture du futur.

Entre-temps, en 2010 des chercheurs de l'Université de Stanford développèrent un nouveau concept d'écran OLED utilisant le graphène comme substrat transparent et conducteur. IBM, LG et Samsung parmi d'autres industriels s'y intéressent et ont déjà développé des prototypes de processeurs (IBM) et d'écrans souples (LG, Samsung) à base de graphène.

A voir : Un Nobel au bout du crayon (le graphène)

Test des liseuses par Tom's Guide (2013)

A gauche, le prototype de journal OLED à base de graphène au format tabloïd (19" ou 25x40 cm, 0.3 mm d'épaisseur, 130 g) développé en 2010 par LG Display. A droite, la société américaine Plastic Logic pensait commercialiser le premier journal numérique sur écran souple de 150 dpi en 2008. Le projet a été postposé mais elle présenta tout de même quelques prototypes au CES à partir de 2013.

Grâce aux propriétés extraordinaires du graphène, à l'avenir les écrans souples prendront toutes les formes. Imaginez un rouleau de papier ou un film électronique de la taille d'un crayon. Chaque fois que vous le déroulez ou effleurez une zone tactile, vous affichez un texte ou une image différente. Grâce à des liaisons à très haut débit et bon marché, le contenu est mis à jour instantanément. Vous pouvez ainsi obtenir par exemple les dernières nouvelles ou les derniers prix d'un produit, comme vous lisez aujourd'hui votre journal du matin ou vous connectez au web.

Enfin, en prenant un livre numérique, vous l'ouvrirez toujours à la dernière page que vous avez lue. S'il s'agit de l'enregistrement d'un concert, vous mettrez votre oreillette sans fil (par ex. Bluetooth) pour écouter votre groupe favori.

Si les écrans souples et les processeurs à base de graphène seront disponibles d'ici quelques années, le silicium ne va pas disparaître tout de suite. Même si d'ici une génération les semi-conducteurs à base de silicium dopé et les écrans en verre même feuilletés ou blindés seront dépassés compte tenu des performances du graphène, le basculement vers la nouvelle technologie se fera progressivement.

Comme les écrans cathodiques ont cotoyé longtemps les écrans plats et le germanium a cotoyé le silicium, à l'avenir le graphène cotoiera encore le silicium comme de nos jours les lignes en fibre optique cotoient encore des lignes téléphoniques en cuivre vieillent de 50 ans sinon plus.

Bientôt, ces technologies multimédia seront incorporées à nos vêtements. Ce sera le sujet du prochain chapitre.

Prochain chapitre

Des vêtements connectés et biosynthétiques

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