[Dossier] Les différentes technologies d’écrans et de panneaux LED

Les LED servent autant à nous éclaire qu’à afficher des images. Les techniques utilisées sont sensiblement les mêmes. Mais pas appliquées de la même façon ni dans les mêmes proportions. Que ce soit dans un téléviseur, un moniteur ou un panneau, les LED se sont imposées. Omniprésentes, elles ne sont pas toutes égales. Ce dossier vous présente les technologies d’affichage et leurs terminologies.

Il existe différentes types de LED, principalement trois, mais beaucoup de dérivés et de modes d’application. Avant de rentrer dans le vif du sujet, remettons à plat toutes ces applications.

Ecran, téléviseur, moniteur, panneau, module

La grande famille des afficheurs d’images animées se divise en deux catégories générales : les afficheurs émissifs et les afficheurs réflexifs. Les réflexifs projettent une image sur une surface, ce sont les vidéoprojecteurs. On ne regarde pas directement l’image qu’ils projettent mais la réflexion de celle-ci. Les afficheurs émissifs disposent de leur propre surface d’affichage et ils produisent la lumière nécessaire à la création d’une image. La vision est directe. Dans les deux cas, l’image visible est dépendante d’une source de lumière. Nous allons y revenir.

Dans le monde des afficheurs émissifs, plusieurs termes sont utilisés, souvent à tort alors que chacun décrit quelque chose de différent.

• écran – Ce terme générique correspond à la grande famille des afficheurs émissifs ; mais il est aussi utilisé en réflexif puisque l’on parle d’un écran de projection. L’écran est tout simplement la surface que l’on regarde.
• téléviseur – Le téléviseur est un écran émissif dédié à un usage grand public. Les téléviseurs possèdent un tuner de télévision, c’est-à-dire de diffusion des images via les ondes hertziennes ou satellitaires.
• moniteur – Le moniteur revêt un usage professionnel : c’est un téléviseur dénué de tuner. Il a d’autres caractéristiques techniques que l’on ne retrouve pas dans un téléviseur : fonctionnement en mode portrait, usage 24h/24, emplacement pour module OPS, connectivité pour mise à jour et maintenance à distance, utilisation en mur d’images, etc.
• panneau – Le panneau correspond à un écran professionnel équipé exclusivement de LED. Les panneaux LED ne possèdent pas de cadre afin de s’associer avec d’autres panneaux sans écart visible pour obtenir une surface d’affichage sur mesure.
• module – Un panneau est constitué de modules LED. Chaque module représente donc une fraction d’un panneau échangeable et remplaçable en cas de panne.

Ce panneau Unilumin est constitué de plusieurs modules qui se démontent par l’avant – ©Unilumin

Moniteurs et téléviseurs : technologies LCD & OLED

Les téléviseurs et les moniteurs reposent sur deux technologies : le LCD et l’OLED. L’écran LCD est constitué d’une dalle à cristaux liquides RVB. Ces derniers n’étant pas capables de délivrer de la lumière, ils sont rétro-éclairés. Le rétro-éclairage se situe soit sur les bords de la dalle (edge) soit derrière la dalle (direct).

Dans le cas d’un rétro-éclairage direct, celui-ci est constitué d’une myriade de LED blanches ou bleues. C’est pour cela que les téléviseurs LCD sont souvent appelés des téléviseurs LED alors qu’il n’en est rien. Seul l’éclairage fait appel à cette technique, et non pas la constitution de l’image elle-même.

Leurs concurrents sont les écrans OLED. La dalle reçoit des luminophores organiques chargés en électricité. Le fonctionnement est complexe, tout comme la fabrication. Il faut en retenir principalement que ces luminophores sont directement émissifs. Un écran OLED n’a pas besoin de rétro-éclairage, d’où sa supériorité en termes de contraste : chaque luminophore est indépendant et peut être allumé ou éteint indépendamment de ses voisins.

En résumé, les moniteurs et téléviseurs ne sont pas des écrans à LED. Pour cela, il faut se tourner vers les panneaux.

Les différences de construction entre un écran LCD et un écran OLED – ©LG

Panneaux : technologies DIP LED, SMD LED & COB LED

Les panneaux LED existent depuis de longues années. C’est surtout leur miniaturisation qui a beaucoup évolué. La première technologie était basée sur des LED de grande taille. Désormais, les LED sont invisibles à l’œil nu.

• DIP LED (Dual In-line Package) – les panneaux utilisant des DIP LED sont utilisés pour les affichages de très grande taille en extérieur. Chaque pixel correspond à une LED de 5 mm de diamètre environ dédiée à une seule couleur : rouge, vert ou bleu. Elles sont plus ou moins espacées pour obtenir une image plus ou moins détaillée. Lorsque ce panneau est installé sur un immeuble ou dans un stade, comme les spectateurs sont forcément éloignés du panneau, les LED ne sont pas collées les unes aux autres, loin de là. De par la taille des LED, cette technologie ne répond pas aux besoins où l’image doit être précise car vue de près.
• SMD LED (Surface Mounted Device)- cette fois, les LED sont des micro composants qui se présentent sous la forme d’une puce. Elle intègre à l’intérieur trois LED pour le rouge, le vert et le bleu. Un diffuseur par dessus va offrir un rendu plus homogène. Ces puces LED sont de plus en plus petites. En les installant cote à cote sur un panneau, il est possible d’obtenir une image précise.
• COB LED (Chip on Board) – avec cette technologies, les LED sont directement soudées sur une carte électronique. Pour créer un module ou un panneau, il suffit d’aligner plusieurs cartes. La fabrication des cartes est plus complexe, car une seule LED défectueuse envoie la carte complète au rebut.

Les trois types de LED pour l’affichage – ©Ecolofrance

Mini LED, Micro LED

Afin de différencier les nouvelles générations de panneaux LED et mettre en avant leur définition de plus en plus fine, deux appellations sont en train de se généraliser :

• Mini LED – dont la taille unitaire se situe entre 50 et 200 microns
• Micro LED – en dessous de 50 microns et jusqu’à 2 microns seulement

Les SMD LED sont encore utilisables pour les Mini LED. Les COB LED sont obligatoires pour les Micro LED.

Comparaison LED traditionnelles, Mini LED et Micro LED – ©Yole.fr

En termes de comparaison, sur un moniteur ou un téléviseur 4K/UHD de 65″, chaque pixel mesure 375 microns. Et la moitié bien entendu sur un modèle 8K.

Ne pas confondre le pitch et la taille des LED

Le pitch d’un panneau LED correspond à l’écartement entre chaque LED. Le pitch entre ces LED est d’autant plus petit que leur taille diminue : plus elles sont petites, plus elles sont proches. Pour autant, ce n’est pas une généralité ! Un constructeur peut très bien décider d’utiliser des Mini LED mais de les espacer d’une manière plus ou moins importante.

Il faut donc retenir que le pitch d’un panneau ne correspond pas à la taille des LED utilisées. L’explication est simple : plus les LED sont proches, plus le panneau coûte cher à fabriquer.

Sources :

• Talking about Mini RGB Display COB Technology and IMD Technology Challenge
• MicroLED (Wikipedia)
• C’est quoi une led COB
• Quelles sont les différentes technologies LED ?
• Technologie LG OLED