Amoled, Retina, LTPO: Tout comprendre des technologies d'écran sur smartphone

Comme si le nombre de technologies disponibles ne suffisait pas, les départements marketing des fabricants de composants et de smartphones utilisent des noms de plus en plus hyperboliques tels que "Super Retina XDR" et "Dynamic Amoled 2x", ce qui ne fait qu'accroître la confusion pour nous, consommateurs.

Écrans LCD

LCD signifie Liquid Crystal Display (affichage à cristaux liquides) et son nom fait référence au réseau de cristaux liquides éclairé par un rétroéclairage. Leur omniprésence et leur coût relativement faible en font un choix populaire pour les smartphones et de nombreux autres appareils.

Les écrans LCD modernes reposent sur une couche TFT (Thin Film Transistor), avec une matrice active qui permet de réduire les coûts et la complexité par rapport aux anciens écrans passifs à faible résolution, tels que ceux que l'on trouve couramment dans les calculatrices, les anciennes montres et même LA (oui, la) Game Boy originale.

Sur un écran TFT, chaque pixel n'a pas besoin d'une connexion dédiée pour recevoir la tension nécessaire à son activation ou à sa désactivation, de minuscules transistors contrôlant le courant reçu sur chaque ligne et chaque colonne de pixels.

En règle générale, les écrans à cristaux liquides ont tendance à bien fonctionner en plein soleil, car l'ensemble de l'écran est éclairé par l'arrière, mais ils souffrent d'une représentation des couleurs potentiellement moins précise que les écrans qui ne nécessitent pas de rétroéclairage.

LCD ou LED? Quel est le bon choix?

En ce qui concerne le rétroéclairage, la question ci-dessus est devenue très fréquente après le lancement des téléviseurs "LED", la réponse courte étant simplement LCD. La technologie utilisée dans un écran LED (diode électroluminescente) est toujours celle des cristaux liquides, la différence étant que ce sont les LED qui génèrent le rétroéclairage.

Les LED ont l'avantage de consommer très peu d'énergie, ce qui explique l'importance accordée par les services marketing à la mise en avant de ce terme dans les téléviseurs, mais moins dans les smartphones dont l'écran est de taille réduite.

D'autre part, le fonctionnement en rétroéclairage empêche les écrans LCD/LED d'offrir un niveau de contraste compétitif par rapport aux écrans Oled, car le contrôle de l'éclairage n'est pas effectué par chaque pixel individuel, mais par des régions de l'écran.

Panneaux IPS/ PLS

La technologie IPS (In-Plane Switching) résout le problème rencontré par la première génération d'écrans LCD TFT, qui adopte la technique TN (Twisted Nematic): une distorsion des couleurs se produit lorsque vous regardez l'écran de côté - un effet qui continue d'apparaître sur les smartphones et les tablettes bon marché.

Dans les écrans IPS, les cristaux liquides sont alignés sur l'écran, ce qui permet d'obtenir des angles de vision supérieurs, généralement de 178º sur les téléviseurs. Une autre caractéristique des écrans IPS par rapport aux autres technologies LCD est la reproduction supérieure des couleurs, ce qui explique l'utilisation de ces panneaux dans les moniteurs destinés aux travaux de retouche d'images.

Les écrans IPS sont généralement associés à LG, bien qu'ils aient été inventés par Hitachi. Samsung Displays a donc créé une technologie très similaire appelée PLS (Plane to Line Switching). Samsung affirme que sa technologie offre des niveaux de luminosité plus élevés et des angles supérieurs, mais en fin de compte, les deux technologies offrent généralement les mêmes caractéristiques.

Mini LED: Le petit nouveau de la ville

Présentées comme la prochaine grande nouveauté en 2021, les mini LED ont d'abord été utilisées sur les téléviseurs, mais ont rapidement atteint les appareils mobiles avec l'iPad Pro 12,9'' (2021) d'Apple. Malgré le battage marketing, les écrans Mini LED sont essentiellement des panneaux LCD avec plus de LED sur le rétroéclairage.

Il en résulte un meilleur contrôle des niveaux de contraste dans les différentes zones de l'écran, avec davantage de sections de rétroéclairage sur l'écran. Un autre avantage mis en avant par Apple pour le nouvel iPad est une luminosité maximale plus élevée - jusqu'à 1600 nits en mode HDR, contre 600 nits pour la génération précédente.

Malgré l'amélioration en termes de contraste (et potentiellement de luminosité) par rapport aux écrans LCD/LED traditionnels, les mini LED divisent toujours l'écran en zones de luminosité - plus de 2500 dans le cas de l'iPad et de certains téléviseurs "QNED" de LG - contre des dizaines ou des centaines de zones dans les écrans FALD (full-array local dimming) de la génération précédente, sur lesquels les LED se trouvent derrière la dalle LCD et non sur les bords.

Cependant, pour un contrôle encore plus poussé du contraste, effectué individuellement en chaque point de l'écran, il est nécessaire de passer à des panneaux équipés de technologies micrOled - dont le coût est encore prohibitif en 2021 - ou Oled.

Écrans Oled

Oled est l'abréviation de Organic Light Emitting Diode (diode électroluminescente organique). Un écran Oled est constitué de fines feuilles de matériau électroluminescent qui, comme son nom l'indique, émet de la lumière lorsqu'il est traversé par un courant. Contrairement aux panneaux LCD, qui sont rétroéclairés, les écrans Oled sont "toujours éteints" à moins que les pixels individuels ne soient alimentés.

Cela signifie que les écrans Oled ont des noirs beaucoup plus purs et consomment moins d'énergie lorsque du noir ou des couleurs plus sombres sont affichés à l'écran. Toutefois, les thèmes de couleur plus claire sur les écrans Oled consomment beaucoup plus d'énergie qu'un écran LCD utilisant le même thème. Les écrans Oled sont également plus chers à produire que les écrans LCD.

Comme les pixels noirs sont "éteints" dans un écran Oled, les taux de contraste sont également plus élevés que ceux des écrans LCD. Les écrans Oled peuvent également avoir un taux de rafraîchissement très rapide, mais, en contrepartie, ils ne sont pas aussi visibles à la lumière directe du soleil que les écrans LCD rétroéclairés. Le brûlage de l'écran et la dégradation des diodes (parce qu'elles sont organiques) sont d'autres facteurs à prendre en compte.

Du côté positif, les écrans Oled peuvent être plus fins que les écrans LCD (parce qu'ils ne nécessitent pas de couche de rétroéclairage) et ils peuvent également être rendus flexibles.

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Amoled

L'Amoled (Active Matrix Oled) utilise une couche TFT comme dans les LCD pour contrôler les pixels individuels, au lieu des PMOled (passive matrix Oled), qui contrôlent l'affichage au niveau des lignes et des rangées. Le résultat est similaire à celui des écrans à cristaux liquides, ce qui permet d'obtenir des écrans plus denses et plus grands. En règle générale, tous les écrans Oled commercialisés aujourd'hui sont des variantes de la technologie Amoled.

Les écrans du futur: micrOled

Il se murmure que les smartphones et les smartwatches envisageront bientôt d'intégrer la technologie micrOled dans leurs appareils. Cette technologie est radicalement différente des écrans LCD/LED, car elle présente des caractéristiques d'image similaires à celles des Oled.

Un écran micrOled possède une diode électroluminescente pour chaque sous-pixel de l'écran, généralement un ensemble de diodes rouges, vertes et bleues pour chaque point. Il y a de fortes chances qu'il utilise un matériau inorganique tel que le nitrure de gallium (GaN).

En adoptant une technologie de lumière auto-émise, les écrans micrOled ne nécessitent pas l'utilisation d'un rétroéclairage, chaque pixel étant "éteint" individuellement. Le résultat est impressionnant : vos yeux voient le même niveau de contraste que les écrans Oled, sans souffrir du risque de rétention d'image ou de brûlure des diodes organiques.

Un autre avantage de la technologie micrOled est la possibilité d'afficher des images avec des niveaux de luminosité plus élevés tout en bénéficiant d'une consommation d'énergie plus faible, en combinant les forces des panneaux Oled et LCD.

D'autre part, l'utilisation de plusieurs diodes pour chaque pixel pose un défi en termes de miniaturisation des composants. Par exemple, une résolution Full HD compte un peu plus de deux millions de pixels (1920 x 1080 points), ce qui nécessite 6 millions de diodes microscopiques en utilisant une structure RVB (rouge, vert et bleu) traditionnelle.

C'est l'une des raisons pour lesquelles l'adoption de cette technologie reste à ce jour assez limitée. Vous les verrez principalement sur les grands écrans de 75 à 150 pouces seulement, qui permettent une résolution 4K (résolution de 3840 x 2160, soit près de 8,3 millions de pixels ou 24,8 millions de sous-pixels RVB).

POled, Dynamic Amoled, Fluid Amoled, Super Retina, et plus encore...

Bien qu'ils disposent d'une demi-douzaine de fournisseurs d'écrans et d'un nombre limité de technologies, les services marketing des marques de smartphones essaient de se surpasser à chaque saison de lancement en inventant des termes de plus en plus créatifs pour séduire les clients - comme ils sont (grassement) payés pour le faire - et cela se traduit par des tonnes d'appellations supplémentaires sur les fiches techniques:

• POled: Inversant la situation de la technologie IPS, les Oled pour smartphones sont généralement associés à Samsung Displays, qui a popularisé la technologie avec son utilisation sur la famille Galaxy S - bien que les Oled aient débuté bien avant sur le Benq-Siemens S88. À l'instar de Samsung avec ses panneaux PLS, LG Displays a créé son propre acronyme pour se démarquer: POled.
  Bien qu'il signifie "Plastic Oled", la technologie sous-jacente est équivalente à l'"Amoled" de Samsung (et ses variantes), avec des couches de substrat en plastique au lieu du verre dans les deux cas.
• Super Amoled: Le nom donné par Samsung à ses écrans que l'on ne trouvait auparavant que dans les modèles haut de gamme, mais qui se sont maintenant répandus dans les appareils moins chers. Le Super Amoled améliore la technologie Amoled de base en intégrant la couche de réponse tactile dans l'écran lui-même, plutôt que comme une couche supplémentaire.
• Dyanamic et Fluid Amoled: Utilisés respectivement par Samsung et OnePlus pour décrire essentiellement la même variation des Amoled. Ils sont utilisés pour les écrans qui ont non seulement une fréquence de rafraîchissement élevée, mais qui peuvent également alterner entre différentes fréquences.
• Super Retina: Nom commercial donné par Apple aux écrans Oled utilisés sur ses iPhone. Il peut également être accompagné du suffixe "XDR", qui désigne les écrans capables d'afficher du contenu HDR (High Dynamic Range).
• Liquid Retina: Terme inventé rétroactivement pour décrire les appareils LCD dotés d'une résolution "Retina", c'est-à-dire dont l'œil humain ne peut pas voir les pixels individuels à des distances de visualisation normales. Sur le papier, tous les téléphones Apple depuis l'iPhone 4.
• Liquid Retina XDR: Nom donné par Apple à sa technologie Mini LED, recyclant à la fois "Liquid" pour le panneau LCD et "XDR" pour les capacités HDR.
• ProMotion: Un autre terme marketing d'Apple, cette fois pour décrire les écrans avec des taux de rafraîchissement élevés qui peuvent être ajustés dynamiquement. Similaire aux préfixes Dynamic et Fluid mentionnés précédemment, mais dans le cas d'Apple, il peut également s'appliquer aux écrans LCD.

Quels critères pour la qualité d'écran d'un smartphone?

Tout marketing mis à part, il existe d'autres caractéristiques qui comptent réellement lors de l'achat d'un nouvel appareil :

Résolution : HD, Full HD(+), 4K, QHD, etc...

La résolution décrit le nombre de pixels individuels (ou points) affichés sur l'écran et est généralement présentée pour les téléphones par le nombre de pixels horizontaux - verticaux lorsqu'il s'agit de téléviseurs et de moniteurs. Un plus grand nombre de pixels sur un même écran permet d'obtenir des images plus détaillées et des textes plus clairs.

Pour faciliter la comparaison entre les différents modèles, les marques adoptent généralement le même système de dénomination que celui utilisé sur le marché des téléviseurs, avec des termes tels que HD, FullHD et UltraHD. Mais comme les téléphones adoptent un large éventail de proportions d'écran différentes, il ne suffit pas de le savoir pour connaître le nombre total de pixels affichés à l'écran.

Nom commercial	Pixels horizontaux	Pixels verticaux	Autres appellations courantes
HD	720	1280 (16:9) 1440 (18:9) 1520 (19:9) 1600 (20:9) 1680 (21:9)	720p, WXGA
Full HD	1080	1920 (16:9) 2160 (18:9) 2280 (19:9) 2400 (20:9) 2520 (21:9)	FHD, 1080p
Quad HD	1440	2560 (16:9) 2880 (18:9) 3040 (19:9) 3200 (20:9) 3360 (21:9)	QHD, 1440p
Ultra HD	2160	3840 (16:9) 4320 (18:9) 4560 (19:9) 4800 (20:9) 5040 (21:9)	UHD, 4K, 2160p

Mais la résolution en elle-même n'est pas une bonne mesure de la clarté de l'image. Pour cela, nous devons tenir compte de la taille de l'écran, ce qui se traduit par une densité de pixels par zone mesurée par DPI/PPI (points par pouce).

Taux de rafraîchissement: Que signifient 60 Hz, 90 Hz et 120 Hz?

Popularisés en 2019 et 2020 par les smartphones haut de gamme et même certains smartphones de milieu de gamme, les termes "120 Hz", "90 Hz" et autres avec une mesure similaire en Hertz représentent le taux de rafraîchissement de la dalle, qu'elle soit LCD ou Oled. Plus la valeur est élevée, plus le nombre d'images par seconde affichées à l'écran est important.

Il en résulte des animations plus fluides sur le smartphone, tant en utilisation normale que dans les jeux, par rapport aux écrans ayant un taux de rafraîchissement de 60 Hz, qui reste le taux standard sur le marché en matière d'affichage.

Présentée à l'origine comme un "gadget" en 2017, avec le lancement du Razer Phone, la fonctionnalité a pris de plus en plus d'ampleur en temps voulu, même avec une diminution correspondante de l'autonomie des smartphones. Afin de tirer le meilleur parti de cette fonctionnalité, les fabricants ont commencé à adopter des écrans avec des taux de rafraîchissement variables, qui peuvent être ajustés en fonction du contenu affiché - qui est de 24 fps dans la plupart des films, 30 ou 60 fps dans les enregistrements vidéo, et ainsi de suite.

La même unité de mesure est utilisée pour le taux d'échantillonnage. Bien que similaire, la valeur représente ici le nombre de fois par seconde que l'écran est capable d'enregistrer les contacts avec vos doigts. Plus le taux d'échantillonnage est élevé, plus le smartphone enregistre rapidement ces contacts, ce qui se traduit par un temps de réponse plus rapide.

Nits et niveaux de luminosité

Le nit, ou candela par mètre carré (cd/m²), est une unité de mesure de la luminance, c'est-à-dire de l'intensité de la lumière émise. Dans le cas des écrans de smartphones et des moniteurs en général, cette valeur définit la luminosité de l'écran : plus elle est élevée, plus la lumière émise par l'écran est intense.

Dans les descriptions de produits, la luminosité est généralement présentée selon différents scénarios:

• Pic: La luminosité maximale possible sur une petite partie de l'écran affichant un contenu blanc
• Typ (pour typique): La luminosité maximale pour l'ensemble de l'écran
• HBM: ou mode haute luminosité, généralement un mode spécifique conçu pour des niveaux de luminosité plus élevés, parfois au détriment d'autres caractéristiques telles que la luminosité variable ou l'économie d'énergie

LTPO, IGZO et autres technologies

Comme si toute la terminologie ci-dessus ne suffisait pas, il existe quelques acronymes supplémentaires que vous pouvez rencontrer lors de la consultation d'une fiche technique :

• TFT (Thin Film Transistor): Comme indiqué précédemment, il s'agit d'une technologie qui utilise une couche de matrice active pour contrôler la luminosité et la couleur des pixels à un niveau individuel, chaque pixel ayant son propre transistor et son propre condensateur. Elle est utilisée dans les écrans LCD et Oled.
• LTPS (Low-Temperature PolySilicon): Variante du TFT qui offre des résolutions plus élevées et une consommation d'énergie plus faible que les écrans TFT traditionnels, basée sur la technologie a-Si (silicium amorphe).
• IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide): Un matériau semi-conducteur utilisé dans les films TFT, qui permet également des résolutions plus élevées et une consommation d'énergie plus faible, et qui est utilisé dans différents types d'écrans LCD (TN, IPS, VA) et d'écrans Oled.
• LTPO (Low-Temperature Polycrystalline Oxide): Une technologie développée par Apple qui peut être utilisée à la fois dans les écrans Oled et LCD, car elle combine les techniques LTPS et IGZO. Le résultat? Une consommation d'énergie plus faible. Elle a été utilisée dans l'Apple Watch 4 et le Galaxy S21 Ultra.

Le LTPO permet à l'écran d'ajuster son taux de rafraîchissement et de s'adapter dynamiquement au contenu affiché. Le défilement des pages peut déclencher le mode le plus rapide pour une visualisation fluide, tandis que l'affichage d'une image statique permet au smartphone d'utiliser un taux de rafraîchissement plus faible, ce qui permet d'économiser la batterie.

En 2022, les smartphones haut de gamme ont commencé à utiliser la version 2.0 de la technologie LTPO, dont le principal avantage est de pouvoir descendre à un taux de rafraîchissement de 1 Hz, au lieu des 10 Hz disponibles dans les panneaux LTPO de première génération. Présent dans des smartphones comme le OnePlus 12 Pro (test), l'iPhone 15 Pro (test) et le Galaxy S24 Ultra (test), le LTPO 2.0 promet des économies d'énergie encore plus importantes.

Conclusion: L'Oled est en train de gagner la bataille, mais rien n'est encore sûr

Si la version précédente de cet article mettait encore en avant la bataille entre LCD et Oled sur le marché des smartphones, depuis qu'Apple a adopté l'Oled sur l'iPhone X, la tendance est claire. Les écrans LCD/LED ont été relégués aux appareils d'entrée de gamme. Les seuls à résister jusqu'à présent sont les écrans entre 10 et 19 pouces, qui jusqu'à très récemment n'avaient pas de production à grande échelle pour les Oled.

C'est probablement la raison pour laquelle les iPads utilisent encore des panneaux LCD - bien qu'avec un mini rétroéclairage LED - l'un des rares appareils grand public haut de gamme encore sur la technologie. Mais même le marché des tablettes montre des signes de domination de l'Oled, avec des concurrents tels que la Galaxy Tab S9 Ultra que nextpit a testée, alimentée par des panneaux Oled.

Néanmoins, les écrans flexibles et toutes les rumeurs autour des Micro LED montrent qu'il y a encore beaucoup de recherches en cours lorsqu'il s'agit d'écrans électroniques, et nous aurons probablement beaucoup de nouvelles technologies à apprendre.