Les technologies clés

Technologies de l'information et de la communication

Ecrans plats

Fiche Technologie-clé n : 47

VERSION 3

• Présentation de la technologie
• Objectifs de la technologie
• Environnement technologique

Présentation de la technologie

Définition

Les écrans plats sont des dispositifs de visualisation à structure matricielle et de faible épaisseur par rapport à la technologie dominante de visualisation (le tube cathodique).

Les écrans plats jouent un rôle particulièrement stratégique au sein des équipements électroniques équipés d'un dispositif de visualisation :

• ils représentent une part importante dans le coût total de l'équipement.
• ils sont susceptibles de créer de nouveaux marchés (les ordinateurs portables).
• ils sont importants dans la décision d'achat d'un équipement, puisque leurs performances sont appréciées "de visu" par le consommateur.

Techniques mises en oeuvre

Il existe de nombreuses technologies d'écrans plats. Les principales sont les suivantes :

• Ecrans à cristaux liquides (LCD : Liquid Cristal Display) :
  • Les écrans à cristaux liquides à matrice active (à transistors : TFT, ou à diodes) ;
  • Les écrans à cristaux liquides à matrices passives (TN, STN);
  • Les autres technologies d'écrans à cristaux liquides (FLCD, PLASMATRON...).
  Il faut noter que la technologie des cristaux liquides permet non seulement de réaliser des écrans plats à vision directe, mais aussi de réaliser de la projection d'images de grande taille. Des applications vidéo existent déjà (projecteur frontal et rétroprojecteur) qui concurrencent les projecteurs à tube grâce à leur compacité et leur simplicité.

• Ecrans utilisant des technologies émissives
  • Les écrans à plasma (PDP);
  • Les écrans électroluminescents (EL);
  • Les écrans à effet de champ (FED);
  • Les écrans fluorescents (VFD);

• Les écrans utilisant d'autre technologies :
  • Ecrans à micro-miroirs (DMD).

A ce jour seuls les dispositifs à cristaux liquides, à plasma et électroluminescents font l'objet d'une industrialisation de masse, les LCD constituant de loin le segment le plus important de l'industrie des écrans plats (95%).

Objectifs de la technologie

Contexte concurrentiel et économique

Le marché de l'affichage est aujourd'hui largement dominé par les écrans à tubes cathodiques. Cette technologie a aujourd'hui atteint son apogée en terme de qualité et de coût mais souffre d'un certain nombre de limitations. L'encombrement, le poids et la consommation constituent des obstacles à l'utilisation des tubes pour les produits portables. Par ailleurs le tube atteint ses limites technico/économiques à partir de 35/40" en vision directe. L'enjeu du développement des écrans plats est donc multiple :

• il s'agit d'offrir une solution aux applications pour lesquelles l'encombrement est déterminant, soit en se substituant au tube et en apportant un avantage concurrentiel, soit en créant de nouveaux marchés de produits nomades irréalisables sans écrans plats ;
• il s'agit également d'essayer de couvrir en vision directe les applications de grandes tailles (supérieures à 40") pour lesquelles la projection constitue la seule solution actuelle.
• à terme, l'enjeu peut être de dépasser ces marchés de niche pour venir concurrencer le tube sur ses applications majeures (TV, moniteurs...) qui constituent un marché colossal. Le marché total des dispositifs de visualisation devrait atteindre 43 milliards de dollars en l'an 2000 (source SRI).

Fonctions remplies :

La fonction essentielle des écrans plats est de pouvoir visualiser des données et des images de qualité sur un espace à faible encombrement.

Environnement technologique

Technologies concurrentes :

Les écrans plats viennent concurrencer essentiellement les tubes cathodiques qui sont actuellement les produits dominants pour la visualisation, tant en volume qu'en valeur, et qui le resteront jusqu'après l'an 2000. Certains analystes prévoient que le marché des LCD dépassera celui des CRT vers l'an 2002.

Evolutions technologiques :

Toutes les technologies d'écrans plats évoluent rapidement pour répondre aux besoins des applications auxquelles elles sont dédiées. Ces évolutions concernent les points suivants (quelques exemples sont fournis pour les technologies LCD et le plasma en raison de leur rôle important sur les marchés majeurs de l'informatique et du grand public) :

• Angle des vision. Cet angle, qui n'est pas critique pour un usage individuel de l'équipement, le devient pour des applications multi-utilisateurs telles que la télévision, les jeux vidéo, l'ordinateur multimédia. Ce point faible traditionnel des écrans LCD, qui sont limités actuellement à un angle de vision de 40 , fait l'objet de travaux importants. Des progrès significatifs viennent d'être obtenus qui permettent de penser que le problème est en passe d'être résolu. L'angle de vision des écrans à plasma est pour sa part excellent (80%);

• Robustesse et vieillissement : les résultats obtenus dans les technologies les plus mûres (LCD et plasma) donnent des résultats satisfaisants pour la majorité des applications grand public et professionnelles. Il faut signaler cependant le problème de la durée des lampes des LCD;

• Niveau de gris et couleurs : l'application TV est assez exigeante (256 niveaux de gris, "full color") ; les technologies LCD et plasma permettent d'ores et déjà d'y satisfaire;

• Définition : les LCD permettent d'ores et déjà d'obtenir des définitions élevées (XGA 1024 X 768) pour les écrans de 13". Des prototypes d'écrans plasma pour TVHD (1344 X 800 pixels) ont été réalisés;

• Temps de réponse, qui conditionne la possibilité d'affichage d'images vidéo. En dépit d'une certaine infériorité par rapport au tube, les LCD à matrices actives permettent aujourd'hui l'application vidéo. La faisabilité de téléviseurs à écrans plasma est également démontrée;

• Brillance : Les écrans LCD et plasma répondent au exigences des applications TV et moniteurs (100 Cda/m2 avec rétroéclairage pour les LCD, 150 Cda/m2 pour le plasma, comme le tube CRT);

• Consommation (pour les applications portables) : les LCD apportent une réponse efficace à cette contrainte (0,5 à 3W pour un 10"). Ce n'est pas le cas des écrans à plasma (100W) dont les applications prévisibles se situent en conséquence dans les produits fixes de grandes tailles (20 à 40");

• Taille : les écrans des ordinateurs portables ne dépassent pas 13", mais les applications TV et station de travail nécessitent d'atteindre au moins 40" de diagonale. Les LCD ne dépassent pas aujourd'hui la taille de 14" au stade industriel et les progrès devraient être lents (toujours au stade industriel) en raison de la complexité du process de fabrication : toute augmentation de la taille entraîne une chute rapide du rendement de production et une hausse parallèle des coûts. Pour les écrans à plasma, les résultats obtenues avec les lignes pilotes d'écrans de 40" laissent envisager une production industrielle à un coût raisonnable pour le moyen terme;

• Prix : facteur majeur de choix entre les tubes cathodiques et les écrans plats, mais aussi entre technologies d'écrans plats. En dépit de la chute récente du prix des écrans LCD à matrice active (moins de 500 $ pour un 10", contre 1000 $ voici un an), le tube reste pour l'instant intouchable sur son créneau de taille (14" à 30") dès lors que les facteurs encombrement/poids/consommation ne sont pas déterminants. Seule la poursuite attendue de la baisse des coûts des LCD permettra à ceux-ci de commencer à "mordre" sur le marché du tube pour téléviseurs.

  Pour le plasma, les entreprises japonaises prévoient de vendre en 2000 des écrans de 40" à 20 000/25 000 F, prix qui reste assez élevé.

Programmes de recherche :

Europe, le 4ème programme cadre de R&D soutient le développement des écrans plats, via le projet ECAM (European Consortium Active Matrix) qui a pour objectif de développer les compétence en écrans à cristaux liquides en Europe.

Le projet LIPP (Large Industrial Plasma Panel) vise au développement de très grands écrans plasma.

Les projets EUREKA Euroquip, Tabshop, Cofishop soutiennent les efforts de R&D en matière d'équipements et de connectique liée aux écrans plats.

Japon : Giant Technology Corporation (GTC), consortium industriel financé à 70% par le Japon Key Technology Center. Le budget annuel de ce consortium qui travaille sur les process des écrans AMLCD et sur les écrans plasma serait de 25 millions de dollars.

Corée : Création en 1990 de l'EDIRAK (Display Industrial Research Organisation of Korea), dotée d'un budget annuel de 35 millions de dollars environ, qui décide des orientations en R&D et contrôle les recherches.

USA : Lancement en 1994 du National Flat Panel Display Initiative, dont le budget prévisionnel était de plus de 580 millions de dollars sur 5 ans financés à parité par les industriels et l'ARPA. Ce programme visait à développer une industrie duale, capable de produire en volume et de garantir au Département de la défense américaine l'accès aux technologies les plus performantes. Les travaux financés concernent les équipements et les matériaux, les écrans à effets de champs etc.