L'écran plat (FPD) est devenu la norme pour les téléviseurs du futur. Bien que ce soit la tendance générale, il n'existe pas de définition stricte à l'échelle mondiale. Généralement, ce type d'écran est fin et ressemble à un panneau plat. Il existe de nombreux types d'écrans plats. Selon le support d'affichage et le principe de fonctionnement, on distingue les écrans à cristaux liquides (LCD), les écrans plasma (PDP), les écrans électroluminescents (ELD), les écrans électroluminescents organiques (OLED), les écrans à émission de champ (FED), les écrans à projection, etc. De nombreux équipements pour écrans plats sont fabriqués en granit, car le socle des machines en granit offre une meilleure précision et de meilleures propriétés physiques.
tendance de développement
Comparé aux écrans cathodiques traditionnels, l'écran plat présente de nombreux avantages : finesse, légèreté, faible consommation d'énergie, faible rayonnement, absence de scintillement et innocuité pour la santé. Il a dépassé les écrans cathodiques en termes de ventes mondiales. On estime qu'en 2010, le rapport de leurs ventes respectives atteindra 5:1. Au XXIe siècle, les écrans plats deviendront les produits phares du secteur de l'affichage. Selon les prévisions de Stanford Resources, le marché mondial des écrans plats passera de 23 milliards de dollars américains en 2001 à 58,7 milliards de dollars américains en 2006, avec un taux de croissance annuel moyen de 20 % sur les quatre années suivantes.
Technologie d'affichage
Les écrans plats se divisent en deux catégories : les écrans à émission de lumière active et les écrans à émission de lumière passive. Les premiers sont ceux dont le support d’affichage émet lui-même de la lumière visible. On y trouve notamment les écrans plasma (PDP), les écrans fluorescents sous vide (VFD), les écrans à émission de champ (FED), les écrans électroluminescents (LED) et les écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED). Les seconds, quant à eux, n’émettent pas de lumière intrinsèquement. Ils utilisent un signal électrique pour moduler les caractéristiques optiques du support d’affichage, en fonction de la lumière ambiante ou de la lumière émise par une source d’alimentation externe (rétroéclairage, projecteur), afin de les projeter sur l’écran. Parmi ces dispositifs d’affichage, on peut citer les écrans à cristaux liquides (LCD), les écrans à micro-systèmes électromécaniques (DMD) et les écrans à encre électronique (EL).
LCD
Les écrans à cristaux liquides comprennent les écrans à matrice passive (PM-LCD) et les écrans à matrice active (AM-LCD). Les écrans STN et TN appartiennent à la catégorie des écrans à matrice passive. Dans les années 1990, la technologie des écrans à matrice active a connu un développement rapide, notamment celle des écrans à transistors en couches minces (TFT-LCD). Succédant aux écrans STN, elle offre une vitesse de réponse rapide et une absence de scintillement, et est largement utilisée dans les ordinateurs portables et les stations de travail, les téléviseurs, les caméscopes et les consoles de jeux vidéo portables. La différence entre les écrans AM-LCD et PM-LCD réside dans l'ajout de transistors de commutation à chaque pixel pour les premiers, ce qui permet de surmonter les interférences et d'obtenir un affichage à contraste et résolution élevés. Les écrans AM-LCD actuels utilisent des transistors TFT en silicium amorphe (a-Si) et un condensateur de stockage, ce qui permet d'obtenir une large gamme de niveaux de gris et un affichage en couleurs fidèles. Cependant, le besoin de haute résolution et de pixels plus petits pour les applications de projection et de prise de vue haute densité a stimulé le développement des écrans TFT en silicium polycristallin (P-Si). La mobilité du silicium de type P est 8 à 9 fois supérieure à celle du silicium de type a. La petite taille des transistors TFT en silicium de type P les rend non seulement adaptés aux écrans haute densité et haute résolution, mais permet également l'intégration de circuits périphériques sur le substrat.
En résumé, la technologie LCD convient aux écrans fins, légers, de petite et moyenne taille, à faible consommation d'énergie, et est largement utilisée dans les appareils électroniques tels que les ordinateurs portables et les téléphones mobiles. Des écrans LCD de 30 et 40 pouces ont été développés avec succès et certains sont déjà commercialisés. Grâce à la production à grande échelle, le coût des écrans LCD ne cesse de baisser. Un moniteur LCD de 15 pouces est disponible pour 500 dollars. Son développement futur vise à remplacer les écrans cathodiques des PC et à l'intégrer aux téléviseurs LCD.
Écran plasma
L'écran plasma est une technologie d'affichage électroluminescente basée sur le principe de la décharge d'un gaz (comme l'atmosphère). Il présente les avantages des tubes cathodiques, mais est fabriqué sur des structures extrêmement fines. La taille standard est de 40 à 42 pouces. Des modèles de 50 et 60 pouces sont en cours de développement.
fluorescence sous vide
Un écran fluorescent sous vide est un dispositif d'affichage largement utilisé dans les produits audio/vidéo et l'électroménager. Il s'agit d'un écran sous vide de type triode, dont la cathode, la grille et l'anode sont encapsulées dans un tube à vide. Les électrons émis par la cathode sont accélérés par la tension positive appliquée à la grille et à l'anode, et stimulent le phosphore déposé sur l'anode, ce qui provoque l'émission de lumière. La grille présente une structure en nid d'abeille.
électroluminescence)
Les écrans électroluminescents sont fabriqués à l'aide de la technologie des couches minces à semi-conducteurs. Une couche isolante est placée entre deux plaques conductrices, sur lesquelles est déposée une fine couche électroluminescente. Le dispositif utilise des plaques recouvertes de zinc ou de strontium, présentant un large spectre d'émission, comme composants électroluminescents. Sa couche électroluminescente, d'une épaisseur de 100 microns, offre une qualité d'affichage équivalente à celle d'un écran OLED. Sa tension de fonctionnement typique est de 10 kHz et 200 V CA, ce qui nécessite un circuit intégré de commande plus onéreux. Un micro-écran haute résolution utilisant un système de pilotage par matrice active a été développé avec succès.
dirigé
Les écrans à diodes électroluminescentes (DEL) sont composés d'un grand nombre de diodes électroluminescentes, monochromes ou multicolores. La disponibilité de DEL bleues à haut rendement permet désormais de produire des écrans DEL couleur grand format. Ces écrans se caractérisent par une luminosité élevée, un rendement élevé et une longue durée de vie, et conviennent parfaitement aux applications extérieures grand format. Cependant, cette technologie ne permet pas de réaliser d'écrans de milieu de gamme pour moniteurs ou assistants numériques personnels (PDA). Néanmoins, le circuit intégré monolithique à DEL peut être utilisé comme écran virtuel monochrome.
MEMS
Il s'agit d'un micro-écran fabriqué à l'aide de la technologie MEMS. Dans ce type d'écran, des structures mécaniques microscopiques sont réalisées par traitement de semi-conducteurs et d'autres matériaux selon des procédés de fabrication classiques. Dans un dispositif à micromiroirs numériques, la structure est composée d'un micromiroir maintenu par une charnière. Cette charnière est actionnée par des charges sur les plaques reliées à l'une des cellules mémoire situées en dessous. Le diamètre de chaque micromiroir est approximativement celui d'un cheveu. Ce dispositif est principalement utilisé dans les projecteurs portables professionnels et les projecteurs home cinéma.
émission de champ
Le principe de base d'un écran à émission de champ est identique à celui d'un tube cathodique : les électrons sont attirés par une plaque et projetés contre un phosphore déposé sur l'anode pour émettre de la lumière. La cathode est composée d'un grand nombre de sources d'électrons minuscules disposées en réseau, chaque pixel étant associé à une cathode. À l'instar des écrans plasma, les écrans à émission de champ nécessitent des tensions élevées, de 200 V à 6 000 V. Cependant, leur coût de production élevé les empêche encore de s'imposer comme technologie d'affichage à écran plat courante.
lumière organique
Dans un écran OLED (diode électroluminescente organique), un courant électrique traverse une ou plusieurs couches de plastique pour produire une lumière similaire à celle des diodes électroluminescentes inorganiques. Un dispositif OLED nécessite donc un empilement de couches minces à l'état solide sur un substrat. Cependant, les matériaux organiques étant très sensibles à la vapeur d'eau et à l'oxygène, une étanchéité parfaite est indispensable. Les OLED sont des dispositifs électroluminescents actifs qui présentent d'excellentes caractéristiques lumineuses et une faible consommation d'énergie. Leur potentiel de production en série est considérable, notamment grâce à un procédé continu sur substrats flexibles, ce qui les rend très économiques à fabriquer. Cette technologie offre un large éventail d'applications, allant de l'éclairage monochrome de grande surface aux écrans graphiques vidéo en couleur.
Encre électronique
Les écrans à encre électronique sont des écrans contrôlés par l'application d'un champ électrique à un matériau bistable. Ils sont constitués d'un grand nombre de microsphères transparentes scellées, d'environ 100 microns de diamètre, contenant un matériau liquide noir et des milliers de particules de dioxyde de titane blanc. Lorsqu'un champ électrique est appliqué au matériau bistable, les particules de dioxyde de titane migrent vers l'une des électrodes en fonction de leur état de charge. Ce phénomène provoque l'émission ou l'extinction de la lumière par le pixel. Grâce à sa bistabilité, le matériau conserve les informations pendant des mois. Son état de fonctionnement étant contrôlé par un champ électrique, son contenu peut être modifié avec une très faible consommation d'énergie.
détecteur de flamme
Détecteur photométrique de flamme (FPD) (Détecteur photométrique de flamme, FPD en abrégé)
1. Le principe du FPD
Le principe du détecteur à flamme pulsée (FPD) repose sur la combustion de l'échantillon dans une flamme riche en hydrogène. Après combustion, les composés soufrés et phosphorés sont réduits par l'hydrogène, générant ainsi les états excités S₂* (état excité de S₂) et HPO* (état excité de HPO). Ces deux espèces excitées émettent des spectres d'absorption autour de 400 nm et 550 nm, respectivement, lors de leur retour à l'état fondamental. L'intensité de ce spectre est mesurée par un tube photomultiplicateur ; elle est proportionnelle au débit massique de l'échantillon. Le FPD est un détecteur très sensible et sélectif, largement utilisé pour l'analyse des composés soufrés et phosphorés.
2. La structure du FPD
Le détecteur à flamme plane (FPD) est un dispositif combinant un détecteur à ionisation de flamme (FID) et un photomètre. Initialement, il s'agissait d'un FPD à flamme unique. Après 1978, afin de pallier les limitations de ce dernier, un FPD à double flamme a été développé. Il comporte deux flammes air-hydrogène distinctes : la flamme inférieure convertit les molécules de l'échantillon en produits de combustion contenant des molécules relativement simples telles que S₂ et HPO ; la flamme supérieure produit des fragments luminescents à l'état excité, tels que S₂* et HPO*. Une fenêtre, orientée vers la flamme supérieure, permet de mesurer l'intensité de la chimiluminescence grâce à un tube photomultiplicateur. La fenêtre est en verre dur et la buse de la flamme en acier inoxydable.
3. Les performances du FPD
Le détecteur à flamme pulsée (FPD) est un détecteur sélectif pour la détermination des composés soufrés et phosphorés. Sa flamme est riche en hydrogène et l'apport d'air est limité à la réaction avec 70 % de l'hydrogène, ce qui permet de maintenir une température de flamme basse et de générer des fragments excités de composés soufrés et phosphorés. Le débit du gaz vecteur (hydrogène et air) influe fortement sur le FPD ; un contrôle précis du débit de gaz est donc indispensable. La température de flamme optimale pour la détermination des composés soufrés est d'environ 390 °C, permettant la génération d'ions S₂* excités. Pour la détermination des composés phosphorés, le rapport hydrogène/oxygène doit être compris entre 2 et 5 et adapté à chaque échantillon. Les débits du gaz vecteur et du gaz d'appoint doivent également être ajustés avec précision afin d'obtenir un bon rapport signal/bruit.
Date de publication : 18 janvier 2022