Salut et bienvenue sur Code Garage.
Aujourd'hui, un nouvel épisode de notre podcast circuit,
consacré aux affichages des ordinateurs et au fonctionnement des écrans LCD.
Mais avant de rentrer dans le vif du sujet, un petit mot de notre sponsor du jour.
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Un écran, c'est ni plus ni moins qu'une grille de pixels.
En général, plusieurs millions que l'on va utiliser pour afficher des informations en variant la luminosité et la couleur de chaque pixel.
Mais alors, comment fonctionne réellement un pixel ?
Si on prend l'exemple d'un écran LCD, parce que c'est encore aujourd'hui la technologie que l'on trouve le plus souvent,
chaque pixel est en réalité composée de trois minuscules filtres de couleur.
Un rouge, un vert et un bleu.
En ajoutant une lumière uniforme derrière ces filtres, on obtient pour chaque pixel du blanc si la lumière est allumée,
du noir si la lumière est éteinte.
C'est ce qu'on appelle en physique le mélange additif des couleurs puisque toutes les couleurs primaires ensemble forment la couleur blanche.
Le problème, c'est que pour l'instant, on n'a que deux couleurs, noir et blanc.
Alors pour régler ce problème, on va faire appel au pouvoir de la polarisation et des cristaux liquides.
Un filtre polarisant, c'est un filtre qui ne laisse passer des ondes lumineuses uniquement si elles sont parallèles à la polarisation du filtre.
Imaginez la fente d'une boîte-lètre qui n'a qu'une seule orientation possible pour y faire passer une lettre.
On utilise donc deux filtres polarisants, un à l'horizontale et l'autre à la verticale,
ce qui empêche théoriquement toute lumière de passer donc on retrouve que du noir.
Mais entre ces deux filtres, il va se trouver trois cristaux liquides, un pour chaque couleur.
Les propriétés physiques de ces cristaux font que quand ils sont traversés par un faisceau lumineux, les ondes lumineuses tournent à 90°.
Ces ondes peuvent donc passer du filtre horizontal au filtre vertical sans problème.
Et là, on retrouve notre couleur blanche parce que tout le faisceau lumineux est passé.
Et propriété encore plus étonnante, cette rotation peut être contrôlée précisément
lorsque le cristal est traversé par un faible courant électrique.
Résultat, il est possible de diminuer l'intensité de chaque couleur pour chaque pixel, indépendamment du reste, grâce à ces cristaux liquides.
Pour vous donner une petite image mentale de ce que ça fait avec des ondes qui se contorsionnent,
si vous vous imaginez un brin d'ADN, on a tous en tête l'image de ce brin qui s'entortit sur lui-même avec des petites barres au milieu.
Même si ce n'est pas la réalité parfaitement physiologique et biologique de ce qui se passe, ça nous donne une assez bonne idée de la rotation.
Il n'y a qu'une seule rotation qui va se passer quand le cristal liquide va être activé ou pas.
Quand il ne va pas être activé, on va avoir une rotation à 90° uniquement.
Et quand il va être activé par de l'électricité, on va pouvoir gérer cette rotation.
Pour rappel, LCD, c'est pour liquid crystal display.
C'est justement le nom du procédé qu'il utilisait, c'est les cristaux liquides.
Pour les écrans LED qu'on retrouve de plus en plus, c'est en réalité le même fonctionnement.
Mais au lieu d'avoir un filtre de couleur et un rétro éclairage, chaque pixel est composé de trois LED de couleur.
En utilisant des LEDs, on pourrait dire qu'il n'y a plus besoin d'utiliser de cristaux liquides.
Mais le problème, c'est que faire varier l'intensité lumineuse de chaque petite LED, une LED par couleur,
en variant l'intensité électrique, c'est beaucoup plus difficile d'avoir un résultat très précis,
en termes de couleur et de colorimétrie, plutôt que de faire varier l'intensité lumineuse de chaque couleur
grâce à des cristaux liquides qui seraient devant ces LEDs.
Voilà pourquoi on utilise quand même ce procédé de LCD même quand on parle d'écran LED.
Alors vous aurez compris que pour chaque pixel, notre écran va devoir recevoir trois informations.
Une valeur d'intensité pour le bleu, pour le rouge et pour le vert.
L'intensité de chaque couleur est en général représentée par un nombre compris entre 0 et 255.
Ce nombre-là peut être stocké en électronique ou en informatique sur 8 bits
et il sera transformé en une intensité électrique équivalente pour activer nos fameux cristaux liquides.
Avec ces 24 bits, 8 bits multipliés par trois couleurs,
on est capable de représenter des nuances de 16 7172 16 couleurs, ce qui est plutôt acceptable.
Cette gamme de nuances, c'est ce qu'on appelle la profondeur des couleurs.
Alors maintenant qu'on sait comment afficher de belles couleurs,
il serait intéressant de les assembler pour en faire de belles images.
Si on prend un écran aux définitions d'une résolution de 1920 x 1080 pixels,
on a toujours besoin de nos 24 bits d'information par pixel pour la couleur.
Pour afficher une image statique, il va donc falloir envoyer le nombre total de pixels multiplié par le poids de la donnée de chaque pixel.
Si on multiplie 1920 x 1080, ça nous donne 2 million 73 600 multiplié par 24 bits.
Ça nous donne donc 49 766 400 bits nécessaires pour afficher une image statique d'une résolution de 1920 x 1080.
Voilà ce que représente en termes de donner la résolution d'un écran.
Mais si on décide d'afficher une vidéo à 30 images par seconde,
on parle de 30 hertz, on doit alors envoyer 1,5 milliard de bits toutes les secondes.
Aujourd'hui, certains écrans montent jusqu'à 360 hertz, donc 360 images par seconde,
et ils ont donc besoin d'un taux de transfert plus élevé.
On parle aussi de taux de rafraîchissement.
Mais quelle est la limite du coup des câbles pour envoyer ces informations de notre ordinateur à notre écran ?
Alors il existe deux normes en HDMI.
Le câble HDMI, c'est ce que vous reliez entre votre télé, un décodeur, votre PC, un écran, peu importe.
Et donc il existe deux normes.
Il y a la 1.0 et la 2.1 avec chacune de ces normes ayant un taux de transfert maximal différent.
Pour la version 1.0, on a 3,96 gigabit par seconde et 48 gigabit par seconde pour la 2.1.
Ce qui donne environ 51 milliard de bits par seconde.
Donc théoriquement, possible d'y faire passer des images 4K à 360 hertz.
Alors on parlera du fonctionnement un peu plus précis de ces câbles dans un prochain épisode,
mais ça vous donne un petit peu une idée de la quantité de données d'abord qui est attendue par l'écran,
qui doit être envoyée par une machine, par le ordinateur, mais ça peut être aussi par un téléphone,
et de la capacité de transfert de données que doivent contenir les câbles, les naps,
ou peu importe, en tout cas le circuit cuivré qui va faire passer l'information d'un périphérique à un autre.
Alors on l'a dit dans le 1er épisode, certains ordinateurs fonctionnent sans écran.
Ils sont uniquement accessibles quand c'est un autre ordinateur et connecté par le réseau.
Mais d'autres, comme les smartphones par exemple, sont entièrement pilotables grâce à leur seul écran.
On parle du coup d'écran tactile.
Alors en réalité c'est une déformation de parler d'écran tactile, parce que ce n'est jamais l'écran en lui-même qui est tactile,
mais plusieurs surfaces spéciales très fines et complètement transparentes qui ensemble captent les différents appuis de nos doigts et leurs positions.
Il existe deux grands types d'écrans tactiles, les écrans résistifs et les écrans capacitifs.
Les premiers écrans tactiles sur les téléphones étaient résistifs.
Ils fonctionnaient grâce à deux surfaces transparentes, placées parallèlement l'une au dessus de l'autre, sans jamais se toucher.
Les deux surfaces étaient parcourues par de minuscules fils transparents de manière horizontale pour l'une et verticale pour l'autre,
ce qui créait une matrice de connexion possible.
La surface supérieure étant souple, quand on appuyait avec son doigt, les deux surfaces rentraient en contact
et l'emplacement de l'appui était enregistré grâce à la matrice de fils qui retranscrivait une position en X et en Y.
Ces écrans résistifs, ils ont été très utilisés dans les années 2000, mais ils comportaient trois défauts majeurs.
D'abord, le film souple pouvait trayer, déchirer, bref, il était fragile.
Ensuite, la précision de l'écran était limitée par le nombre de fils qui passaient à l'intérieur pour créer justement cette matrice de connexion.
En plus, il y avait une contrainte technique, c'est que pour éviter les appuis fantômes quand on déplaçait l'appareil, quand on le mettait dans le poche,
les deux films devaient être éloignés d'un millimètre environ, ça dépendait des écrans, et ça créait des soucis de précision.
Parce que si on ne regardait pas l'écran de manière parfaitement perpendiculaire, en réalité, il y avait un petit décalage entre l'endroit où on appuyait
et l'endroit où on pensait appuyer parce qu'on voyait l'écran derrière.
Ce décalage d'un millimètre, ça ne paraît pas énorme et pourtant ça pouvait vraiment jouer.
Mais avec l'arrivée des smartphones, et plus particulièrement de l'iPhone en 2007, les écrans capacitifs cette fois ont envahi le marché.
Un écran capacitif n'utilise plus la résistance physique des matériaux pour créer une connexion,
mais la capacité électrique de notre corps pour créer une liaison entre deux électrodes.
Les électrodes se sont toujours deux surfaces transparentes, mais solides cette fois-ci, et elles sont séparées en plus par un petit très très fin isolant.
Et on vient en plus rajouter une couche de verre trempée par-dessus, plus ou moins solide, pour sécuriser l'écran.
Ce qui se passe, c'est que quand un doigt ou un autre élément qui permet de laisser passer le potentiel électrique du corps humain rentre en contact avec l'écran,
ça va permettre de laisser passer un courant d'une surface à une autre à un endroit précis de l'écran.
Alors on ne va pas rentrer dans les détails physiques de comment ça fonctionne, mais sachez que c'est comme ça que fonctionnent entre autres les condensateurs en électronique.
Ce sont deux plaques, deux conducteurs qui sont séparés par un isolant extrêmement fin, et à partir d'une certaine charge électrique dans le condensateur,
on va réussir à faire passer le courant d'un côté à l'autre.
Là, c'est exactement la même chose. La seule différence, c'est que pour que la charge électrique passe d'une électrode à une autre,
elle a besoin d'une charge additionnelle qui va être apportée par le corps humain.
On parle d'écran capacitif, parce que c'est comme je disais le même fonctionnement qu'un condensateur en électronique,
et un condensateur en anglais, ça s'appelle un capacitor, donc c'est pour ça qu'on appelle ça des écrans capacitifs.
La première électrode va pouvoir donner la position verticale en fonction de la charge de courant qui la traverse,
et la deuxième surface va donner la position horizontale. On pourra donc récupérer les positions x et y de notre appui.
En dessous de ça, comme toujours, il reste notre écran LED ou LCD qui affiche notre image,
qui lui n'est qu'une matrice de cristaux liquides et de petites lumières et de filtres,
qui laisse passer pour chaque pixel une certaine quantité de rouge, de bleu et de vert.
J'espère que cet épisode vous aura plu, qui vous aura appris des choses,
que maintenant vous saurez comment fonctionne un écran d'ordinateur.
Alors évidemment, on rentrera un petit peu dans des détails plus techniques, plus électroniques au fur et à mesure de cette série de podcasts,
mais on essaye de commencer doucement avec des choses avec lesquelles tout le monde interagit tous les jours.
Moi je vous donne rendez-vous la semaine prochaine pour un prochain épisode du podcast,
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A la semaine prochaine, salut !