Electronique - Les écrans plats petits formats

[ DOSSIER ]
Les écrans plats petits formats
Avec le boom des radiotéléphones, des appareils photo numériques et des consoles de jeux, les écrans plats petits formats ne cessent de progresser tant en nombre d'unités qu'en performances d'affichage. Il est vrai que ce marché est une véritable mine d'or, activement convoité par les ténors asiatiques de la visualisation.

Hélène Trézéguet , Electronique Mensuel, le 01/03/2006 à 00h00

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	Sommaire du dossier
	Les écrans plats petits formats
	L'application à visualiser guide vers un type d'écran

Les progrès réalisés par les technologies d'affichage liées aux applications grand public ont fortement motivé nombre de fabricants d'écrans plats, surtout du côté de l'Asie. Il faut dire que l'épopée des radiotéléphones et l'invasion des écrans LCD dans nos systèmes portables (caméras, lecteurs DVD, assistants personnels...) ont révolutionné le domaine de la visualisation.

Dans ce « Dossier » , nous nous intéressons aux écrans plats dits petits formats : un secteur comprenant les produits dont la diagonale de la zone d'affichage vaut entre 1,5 et 6 pouces (soit environ 3,5 et 15 cm). Ces bornes ne correspondent pas à un standard mais à un choix arbitraire tenant compte des dimensions des modèles les plus vendus pour les applications maîtresses de ce domaine.

Cette catégorie d'afficheurs abreuve le marché des appareils nomades, le radiotéléphone en tête de liste mais aussi les lecteurs MP3, les lecteurs DVD portables, les appareils photo, les caméscopes, les consoles de jeux et autres systèmes pour l'automobile. La vie quotidienne nous prouve sans cesse que ce secteur est en pleine croissance et la société d'études DisplaySearch l'a confirmé en chiffres, annonçant un marché de 5 milliards de dollars au premier trimestre 2005, soit une augmentation de 17 % par rapport à l'année précédente. Les radiotéléphones récoltent une part de 65 % pour ces trois premiers mois aussi bien en nombre d'écrans vendus (191,4 millions d'exemplaires) qu'en chiffre d'affaires (3,25 milliards de dollars). A titre indicatif, les consoles de jeux ont suivi avec 406,1 M$, puis les appareils photo numériques (317,7 M$), les assistants personnels (231,9 M$) et l'automobile (229,9 M$).

Ces petits écrans ont également beaucoup progressé en performances depuis quatre ans ( Electronique n° 123, p. 76), bénéficiant souvent des avancées technologiques de leurs grands frères, les écrans plats pour TV et PC, qui ont aussi très fortement le vent en poupe. Le marché des LCD est clairement dominé en valeur par les écrans de grande taille. En revanche, en unités, le ratio est inverse. Les écrans de moins de 9 pouces représentent 9 782 % des écrans livrés, soit environ 2,4 milliards de petits afficheurs contre 67 millions pour les grandes tailles, indique une étude réalisée pour le compte du ministère de la Recherche et publiée en janvier 2004. La technologie à base de cristaux liquides est largement dominante.

Les cristaux liquides tiennent l'affiche
Dans les dimensions qui nous intéressent, c'est la technologie des LCD (Liquid crystal display) qui a fait naître et s'épanouir les écrans plats. Le principe de base d'un LCD repose sur des cristaux liquides emprisonnés entre deux plaques de verre polarisées par des électrodes. L'image se forme par torsion, ou non, des molécules du cristal laissant, ou non, passer la lumière issue d'un rétroéclairage. Il existe des LCD à matrice passive (TN, STN ou CSTN) et d'autres à matrice active. Pour ces derniers, plus performants, chaque pixel de la matrice comprend un transistor en couche mince (d'où leur nom : LCD-TFT pour Thin-film transistor) dont le rôle est de mémoriser, pendant la durée complète de l'adressage, l'information électrique présentée périodiquement à chaque pixel. La couleur est obtenue par l'emploi de filtres colorés. Ces afficheurs TFT connaissent un succès fulgurant dans les applications exigeant une grande qualité pour visualiser photos, vidéos et autres TV. D'après la société d'études iSuppli, le marché des LCD-TFT de moins de dix pouces devrait doubler en cinq ans.

L'écran parfait n'existe pas... encore !
Les fabricants de LCD s'échinent à pallier les défauts inhérents à la structure de ces écrans, comme la consommation élevée due à la source lumineuse indispensable à leur fonctionnement ou un temps de réponse assez pénalisant, mais ils sont aussi à l'affût de la technologie « saint Graal » : l'afficheur ultraléger, souple, incassable et de toutes tailles.

La technologie la plus prometteuse, déjà au stade de la production en volume, se nomme Oled (Organic light emitting display ou diode). Le mot « organic » dans son acronyme fait référence à l'utilisation de composants carbonés, contrairement au verre des LCD. Cette technologie émissive est basée sur les propriétés physiques de certains composants qui s'éclairent lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique. Cette caractéristique élimine le problème coûteux du rétroéclairage puisque ce sont les molécules elles-mêmes composant l'Oled qui « créent » la lumière. La découverte de ces propriétés physiques a engendré la déclinaison de divers Oled : Toled, pour Oled transparent, car le substrat organique utilisé est un film plastique translucide ; Pholed, pour ceux qui disposent en outre de propriétés phosphorescentes.

Il apparaît que la recherche pour les écrans plats, auparavant un pur problème d'électronique, dérive de plus en plus vers un savoir-faire de chimie, voire d'ingéniérie moléculaire. A ce sujet, les détenteurs des brevets relatifs aux Oled sont, par exemple, Eastmann-Kodak, Cambridge Display Technology (issue d'un laboratoire de l'université de Cambridge spécialisé dans l'étude des polymères) et Dupont. Notons également la famille des Pled (Polymer light-emitting devices) qui reposent sur un polymère luminescent liquide déposé comme un jet d'encre sur la surface voulue pour l'écran.

Afin d'être complet sur les nouvelles technologies, il faut citer les nanotubes de carbone (CNT) qui sont des molécules en forme de grillage enroulé sur lui-même, dont tous les points sont des atomes de carbone. Comme les Oled, ces structures émettent de la lumière quand elles sont soumises à un champ électrique. Mais cette piste prometteuse n'est pas encore sortie des laboratoires de recherche.

Aujourd'hui, la technologie la plus apte à succéder aux LCD est bien l'écran Oled puisqu'il est débarrassé du problème du rétroéclairage, qu'il permet de faire des écrans souples et que ses qualités en luminosité et contraste sont meilleures que celles des LCD, car les pixels de la matrice émettent directement la lumière. Il a néanmoins encore des défauts comme son coût de fabrication et sa durée de vie qui est dix fois moindre (environ 10 000 heures). Il n'est donc pas surprenant de constater que de grands acteurs de la visualisation se sont largement investis dans cette technologie. Les applications visées sont les appareils photo et les radiotéléphones dont l'autonomie électrique est un des soucis prioritaires. Il y a cependant quelque chose de troublant autour de cette technologie : l'impression d'une révolution, annoncée imminente, qui ne se fait pas. Pour exemple, Kodak et Sanyo s'étaient unis en 2001 pour développer et fabriquer des écrans Oled via une société commune nommée SK Display. Début février, Sanyo et Kodak annoncent la fermeture de SK Display. Quinze jours plus tard, Kodak prend un nouveau partenaire, LG-Philips LCD, pour évaluer le potentiel des Oled à matrice active dans diverses applications nomades. Difficile d'y voir clair !

Une frénésie digne des chercheurs d'or
Pour se faire une idée de l' « ambiance » régnant dans le monde des fabricants d'écrans plats petits formats, il faut déjà ressentir l'atmosphère générale sur l'ensemble de ce marché des écrans plats toutes tailles et toutes technologies confondues. En premier lieu, ce marché représente financièrement une somme gigantesque : DisplaySearch annonçait 25,6 milliards de dollars en 2002 pour le monde entier dont 90 % uniquement pour les LCD. Aujourd'hui, ce montant a presque triplé avec toujours la suprématie des cristaux liquides bien que d'autres technologies comme le plasma (surtout) et les Oled aient gagné du terrain.

Avec l'engouement des applications portables pour la visualisation de haute qualité (radiotéléphone en tête) et le remplacement du tube cathodique par un écran plat dans les PC et maintenant la télévision, ce marché a le potentiel d'une mine d'or car il touche à des applications grand public. Ceci explique une aggravation de la concurrence déjà acharnée entre les divers fabricants et les investissements énormes engagés dans la recherche, le développement et la fabrication (des dizaines de milliards de dollars pour s'armer d'outils industriels adaptés à un tel marché potentiel).

Si la cible commerciale est mondiale, le théâtre de cette concurrence impitoyable est très majoritairement asiatique avec comme acteurs principaux le Japon, la Corée du Sud et Taïwan. La tendance est de s'allier aussi bien pour la recherche que pour la fabrication. Cette tendance est particulièrement marquée chez les Japonais. Très régulièrement, est annoncée une union entre deux firmes pour renforcer leur impact dans un secteur précis. Citons Sanyo/Epson, Toshiba Matsushita Display Technology (TMDT), Sony Toyota LCD, LG-Philips, IDTech (issue d'IBM et Chi Mei), Fujitsu et Hitachi (pour les écrans plasma), et bien d'autres encore. Concernant le marché des petits écrans, non seulement il bénéficie des avancées obtenues pour les grandes tailles, mais en plus il gagne du potentiel de commercialisation à travers ces alliances.

Certaines unions ou rachats sont mixtes : fabricants d'écrans et fournisseurs de systèmes électroniques grand public. Le but est de profiter de la clientèle du second pour imposer une place au premier. L'exemple le plus récent est le taïwanais Toppoly qui annonçait en novembre dernier l'acquisition de l'unité de visualisation pour mobiles du néerlandais Philips. Cette acquisition lui permettrait d'atteindre la troisième place mondiale en matière d'écrans de petit et moyen format.

Difficile de faire un podium tant les choses évoluent vite. En juin dernier, le top 10 des fabricants dans ce domaine était d'après DisplaySearch : Sharp (Japon), Sanyo/Epson (Japon), TMDT (Japon), Samsung (Coréen), Philips (Pays-Bas), Wintek (Taïwan), AU Optronic (Taïwan). En novembre, la même société d'études plaçait Samsung en premier, Wintek en second et Toppoly/Philips en troisième !

Concernant le marché spécifique des écrans Oled (408 M$ au plan mondial en 2004 d'après la société d'études iSuppli), Samsung domine largement avec une part de 44 %. RiTdisplay a dépassé Pioneer pour prendre la deuxième place avec 22 % des parts de marché. Les écrans Oled, très économes pour la consommation, sont souvent le deuxième écran des radiotéléphones. Aujourd'hui, avec l'avènement des Oled à matrice active, ils devraient conquérir l'écran principal.

Ce monde est en pleine évolution : on a encore « rien » vu !