Avec les Quantum Dots, Samsung bouleverse l’Ultra HD

Quantum Dots, ou la refonte totale de la chaîne graphique

 

De leur côté, les TV LCD peuvent afficher de très fortes luminosités (plus de 1 200 nits chez Samsung en 2016, largement plus en 2017 avec les modèles présentés au CES de Las Vegas au mois de janvier, dans quelques jours). Reste que si, grâce à leur puissant rétroéclairage, les écrans LCD arrivent à délivrer des images particulièrement lumineuses, les noirs sont souvent moins profonds. Un phénomène lié au fait que les cellules LCD de l’écran formant chaque pixel éprouvent des difficultés à occulter totalement la lumière provenant du rétroéclairage (là encore, Samsung promet des avancées sensibles dans le domaine lors du CES de Las Vegas 2017). Les LCD, rappelons‑le, fonctionnent un peu à la manière de minuscules stores vénitiens et l’occultation totale n’est jamais possible.

 

 

 

Ci-dessus, trois fioles remplies d'un liquide contenant des nanocristaux Quantum Dots de taille différentes. Ces derniers réagissent à la lumière
en produisant une couleur fonction de leur taille.

 

 

De même, des filtres colorés rouge, vert et bleu sont utilisés pour restituer les couleurs. De leur qualité dépend le gamut (l'espace couleur) et donc la palette de teintes colorimétriques reproductible. Des points qui semblaient jusqu’à présent fixer des limites incontournables à cette technologie mais sur lesquels Samsung, mettant ses ingénieurs au défi de dépasser ces contraintes techniques, a réalisé des progrès considérables en intégrant les Quantum Dots dans ses récentes générations de téléviseurs avec, entre autres, une luminosité moyenne au‑delà de 1 000 nits et une prise en charge de l’espace couleur Rec.2020, le plus riche de tous. Une qualité d’image totalement inédite donc, égale voire supérieure à celle du cinéma. Explications.

 

 

Jouer au niveau quantique pour des couleurs ultra‑pures

 

En 2104, les ingénieurs de Samsung sont donc quasiment repartis d’une page blanche pour jeter les bases techniques d’une nouvelle génération de téléviseurs. Comme déjà mentionné, une nouvelle génération d’écrans, baptisée SUHD, a ainsi vu le jour en 2015. L’essentiel des innovations se situe au niveau du rétroéclairage et de l'intégration d'un film Quantum Dots (une nano structure cristalline, composée de quelques atomes seulement, ce qui lui confère une spécificité très intéressante pour réaliser un écran couleur) juste avant les filtres de couleur des sub‑pixels rouge‑vert‑bleu.

 

 

Les nanocristaux Quantum Dots sont de taille extrêmement réduites,

environ vingt fois plus petite que celle d'un cheveu humain.

 

 

En effet, les lois quantiques qui gèrent les électrons et leur déplacement au sein des nano dimensions leur offrent des propriétés particulières. Dans le cas qui nous intéresse, un phénomène de fluorescence apparaît et peut être mis à profit. Lorsqu’ils sont soumis à de la lumière, ce qui constitue un apport d’énergie aux électrons contenus dans la nano structure, les Quantum Dots la restituent en émettant à leur tour de la lumière. Mais, c’est là tout l’intérêt du système, la longueur d’onde de la lumière alors émise, donc sa couleur, est fonction des dimensions de la nano structure Quantum Dot. Ainsi, il est possible de créer des sources lumineuses émettant de manière très précise sur un type de rouge, de vert ou de bleu parfaitement calibré. On parle alors d’un phénomène de photoluminescence.

 

Comme indiqué plus haut, de la taille du Quantum Dot dépend sa couleur émise (2 nm pour du Cyan, 6 nm pour du rouge…). On peut donc imaginer associer d'autres QD aux couleurs précises, dans le cadre d'une dalle de type Quatron par exemple. Rien de plus simple que de former un quatuor QD Rouge, Vert, Bleu et Jaune.

 

 

Sur les téléviseurs Quantum Dots, la source de lumière primaire, celle qui « illumine » les Quantum Dots, se base sur un jeu de LED bleues, à l’instar des TV LCD/LED « classiques ». Il est ainsi possible d’appliquer à la dalle tous les principes de Local Dimming, par exemple pour augmenter le taux de contraste comme sur une dalle conventionnelle. Une technologie que maîtrise parfaitement Samsung. Le gain en qualité de la technologie QD se joue essentiellement dans son rôle de génération des couleurs de base. En effet, pour sélectionner une couleur, les filtres conventionnels éliminent les longueurs d’onde des couleurs qui ne lui correspondent pas. En d’autres termes, un filtre rouge, par exemple, va éliminer toutes les longueurs d’onde qui ne correspondent pas au rouge. D’où une perte de lumière, donc de luminosité, en plus d'un rouge pas toujours parfaitement rouge puisque l’élimination des longueurs d’ondes indésirables n’est jamais totale.

 

La présence d'un film Quantum Dots sur les TV QD améliore sensiblement le filtre des couleurs au niveau du filtre RVB des sub‑pixels. Cela est dû à des couleurs générées par les matériaux QD extrêmement pures et parfaitement définies. De plus, chaque Quantum Dot possède une large palette de teintes pour un espace couleur étendu.

 

 

À l’opposé, la technologie QD joue un rôle de « convertisseur de longueur d’onde ». La lumière à laquelle est soumis un nanocristal excite ses électrons au niveau quantique pour qu’à leur tour ils émettent une longueur d’onde spécifique, fonction de la taille du nanocristal. Ce mode de fonctionnement présente deux principaux atouts. En premier lieu, la couleur émise par chaque cristal Quantum Dot est parfaitement définie, pure et plus facilement « filtrées » au niveau des sub‑pixels, d’où un rendu colorimétrique de l’écran grandement amélioré (on parle aussi de spectre colorimétrique), ou étendu (WCG…), notamment dans les teintes rouges et vertes.

 

Les TV Quantum Dots possèdent un spectre colorimétrique très équilibré sur les trois couleurs Rouge, Vert et Bleu. Cela est dû à la faculté des nanocristaux de générer des couleurs pures, possédant donc beaucoup d'énergie, et parfaitement définies. Cette donnée joue un rôle essentiel sur le résultat final à l'écran avec une parfaite justesse des teintes affichées.

 

 

Autre point, la conversion de lumière au niveau du filtrage des sub‑pixels offre la possibilité d’accéder à des luminosités beaucoup plus élevées car les couleurs générées par les Quantum Dots dispose d'une plus grande énergie. Il n’y a moins de « lumière perdue ». Ainsi, les téléviseurs Quantum Dots proposés par Samsung disposent d’une luminosité qui peut dépasser les 1 000 nits. Et même si les noirs sont légèrement moins profonds qu’avec des Oled, la dynamique de contraste est largement suffisante pour répondre aux exigences du label HDRLe millésime 2017 dévoilé au CES 2017 au mois de janvier s'annonce plus exceptionnel encore en termes de qualité d'image. 


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