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Apple pourrait améliorer son écran Retina avec les boîtes quantiques

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C'est en utilisant des boîtes quantiques qu'Apple compte améliorer le rendu des couleurs et la luminosité de l'écran Retina, que l'on trouve sur ses iPhone, tablettes et ordinateurs. À cet effet, la marque à la pomme vient d'obtenir trois brevets aux États-Unis. L'un d'eux élimine l'écran LCD au profit d'un microsystème électromécanique associé aux boîtes quantiques.

Les boîtes quantiques pourraient débarquer dans les écrans des futurs terminaux d’Apple. Sur cette photo fournie par le fabricant de filtres à boîtes quantiques Nanosys, on peut voir la richesse et la vivacité des couleurs de l’écran d’une tablette d’Apple dotée de ce système. Il est comparé avec celles plus ternes délivrées par l’écran d’origine de l'iPad. Les technologies décrites par Apple dans ce domaine vont bien plus loin que l'intégration d'un simple filtre. © Nanosys

Chaque semaine, Apple publie bon nombre de brevets pour protéger ses technologies importantes ou parfois futiles. En général, c'est environ un an après leur dépôt que le bureau des brevets et des marques américain (USPTO) lui accorde ces brevets. C'était le cas la semaine dernière, avec trois nouveaux brevets reposant sur la qualité d'affichage des couleurs sur un écran Retina. Rappelons que Retina est la marque employée par Apple pour ses écrans d'ordinateurs, d'iPhone, d'iPad et d'iPod Touch de dernière génération. Ce type d'écrans LCD offre une résolution assez importante pour que l'œil humain ne puisse pas voir les pixels. En plus de cette densité, Apple s'attaque à la qualité des couleurs afin qu'elles soient plus vives, plus fines et plus nuancées. En effet, c'est encore l'un des points faibles de la technologie LCD par rapport aux écrans Oled.

Traditionnellement, sur cette fameuse technologie d'écran LCD, on trouve un système de rétroéclairage composé de Led revêtues d'une couche de phosphore pour créer une lumière blanche. Celle-ci est diffusée au travers d'une couche de cristaux liquides pour produire les nuances de couleurs (rouge, vert et bleu). Il s'avère que les gammes de couleurs sont moins précises pour les verts et les rouges, qui ont tendance à glisser directement vers l'orange ou le jaune.

Pour améliorer l'affichage de ces couleurs, les brevets d'Apple décrivent des méthodes pour introduire dans ces écrans LCD une technologie déjà connue et exploitée, dite de « boîte quantique », autrement appelée point quantique ou quantum dot en anglais. Ces « boîtes » se présentent sous la forme de structures tridimensionnelles reposant sur des nanocristaux en matériaux semi-conducteurs. En remplaçant l'habituel filtre diffuseur de phosphore, ces boîtes quantiques sont capables de réémettre la lumière sur une gamme de longueurs d'onde très étroite pour obtenir de fait une nuance de couleur extrêmement précise. Ainsi, en recevant le rayon bleu des Led du rétroéclairage, les boîtes quantiques vont convertir un tiers du bleu en rouge et un autre tiers en vert, donnant, avec ces tiers de chaque couleur, un blanc parfait. C'est lui qui assure à son tour le rétroéclairage des cristaux liquides. Avec cette qualité de rétroéclairage, on parvient à éliminer une partie des couleurs approximatives pour obtenir des teintes plus vives et réalistes. Ce système offre également l'avantage de réduire la consommation d'énergie, puisque les boîtes quantiques nécessitent peu de lumière pour reproduire les couleurs.

Dans cette illustration issue d’un brevet d’Apple, la société décrit un procédé d’affichage éliminant la surface à cristaux liquides pour la remplacer par une couche équipée d’obturateurs animés par des microsystèmes électromécaniques (MEM shutter layer). Ce sont eux qui viennent filtrer selon un certain angle la lumière émise par la Led (back light). La lumière est guidée vers la couche de boîtes quantiques (QD) de façon à ce qu'elle délivre les couleurs souhaitées représentées par les lettres R (red, rouge), G (green, vert) et B (blue, bleu). Notez que la Led est espacée des obturateurs par une plaque de verre. L'ensemble est également recouvert d'une couche de verre. © Apple, USPTO

Des boîtes quantiques dans tous les domaines

Ces boîtes quantiques ont déjà été expérimentées sur des lasers pour créer des picoprojecteurs, dans les panneaux solaires et même dans le domaine de la santé. La technologie a également été produite en masse pour un usage grand public, puisqu'on la trouve dans les écrans de la Kindle Fire HDX d'Amazon. Fondamentalement, rien de bien nouveau donc, sauf que malgré ses atouts, la technologie reste compliquée à intégrer dans un écran et les boîtes quantiques souffrent de quelques imperfections. Dans son premier brevet, Apple apporte une véritable révolution dans ce domaine.

Sans modifier le système de rétroéclairage, le constructeur propose d'éliminer totalement la plaque de cristaux liquides et de la remplacer par une surface intégrant des obturateurs animés par des microsystèmes électromécaniques (MEM shutters). Pilotés par l'interface d'affichage du terminal, c'est par eux que la lumière filtre pour être dirigée directement vers la surface intégrant les boîtes quantiques. Ce sont alors ces boîtes quantiques qui délivrent les nuances de couleurs très précises.

Autre brevet, autre méthode. Le constructeur décrit dans le deuxième brevet le système de rétroéclairage à Led bleues recouvert d'une couche de boîtes quantiques placée sous celle des cristaux liquides. Un empilement classique maintenant, mais qui présente toujours l'inconvénient de diffuser des couleurs certes très pures et réalistes, mais parfois dotées d'une luminosité inégale. Pour régler ce souci, Apple introduit un système de prismes permettant de guider la lumière et répartir la luminosité pour qu'elle soit homogène sur la surface de l'écran.

Apple doit-il s’accrocher au LCD ?

Enfin, le troisième brevet sur le sujet reprend la technique de base des boîtes quantiques en l'améliorant. Avec les rétroéclairages classiques, il est possible de modifier l'intensité selon les conditions de luminosité. Toutefois, en réduisant l'intensité des Led, avec un système de boîtes quantiques, la longueur d'onde serait modifiée et les couleurs également. Pour éviter cela, Apple ajoute un procédé qui permet de faire varier l'intensité du rétroéclairage tout en maintenant la longueur d'onde nécessaire pour assurer une diffusion correcte des couleurs par les boîtes quantiques.

Reste à savoir si Apple exploitera le potentiel de l'un de ces brevets s'appuyant sur cette technologie complexe de boîtes quantiques. Y associer des éléments mécaniques dans l'écran, comme décrit dans le premier brevet, laisse songeur, mais semble difficilement applicable à l'échelle industrielle, dans l'immédiat en tout cas. Globalement, il va être difficile pour Apple de s'évertuer à persévérer dans le domaine du LCD et de ces systèmes élaborés de boîtes quantiques, alors que les écrans Oled deviennent plus répandus et apportent à peu près les mêmes caractéristiques.

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