Le moniteur

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Le moniteur à tube cathodique

Les moniteurs (écrans d'ordinateur) sont la plupart du temps des tubes cathodiques (notés CRT, soit cathode ray tube ou en français tube à rayonnement cathodique), c'est à dire un tube en verre sous vide dans lequel un canon à électrons émet un flux d'électrons dirigés par un champ électrique vers un écran couvert de petits éléments phosphorescents.

Tube CRT et canon à électrons

Le canon à électron est constitué d'une cathode, c'est-à-dire une électrode métallique chargée négativement, d'une ou plusieurs anodes (électrodes chargées positivement). La cathode émet des électrons attirés par l'anode. L'anode agit ainsi comme un accélérateur et un concentrateur pour les électrons afin de constituer un flux d'électrons dirigé vers l'écran.
Un champ magnétique est chargé de dévier les électrons de gauche à droite et de bas en haut. Il est créé grâce à deux bobines X et Y sous tension (appelées déflecteurs) servant respectivement à dévier le flux horizontalement et verticalement.

L'écran est recouvert d'une fine couche d'éléments phosphorescents, appelés luminophores, émettant de la lumière par excitation lorsque les électrons viennent les heurter, ce qui constitue un point lumineux appelé pixel.
En activant le champ magnétique, il est possible de créer un balayage de gauche à droite, puis vers le bas une fois arrivé en bout de ligne.

balayage d'un écran d'ordinateur

Ce balayage n'est pas perçu par l'oeil humain grâce à la persistance rétinienne, essayez par exemple d'agiter votre main devant votre écran pour visualiser ce phénomène : vous voyez votre main en plusieurs exemplaires ...
Grâce à ce balayage, combiné avec l'activation ou non du canon à électrons, il est possible de faire "croire" à l'oeil que seuls certains pixels sont "allumés" à l'écran.

Le moniteur couleur

Un moniteur noir et blanc permet d'afficher des dégradés de couleur (niveaux de gris) en variant l'intensité du rayon.

Pour les moniteurs couleur, trois faisceaux d'électrons (donc trois cathodes) viennent chacun heurter un point d'une couleur spécifique :
un rouge, un vert et un bleu (RGB: Red, Green, Blue ou en français RVB Rouge, vert, bleu.

Les luminophores bleus sont réalisés à base de sulfure de Zinc, les verts en sulfure de Zinc et de Cadmium. Les rouges enfin sont plus difficile à réaliser, et sont faits à partir d'un mélange d'Yttrium et Europium, ou bien d'oxyde de Gadolinium.

Cependant ces luminophores sont si proches les uns des autres que l'oeil n'a pas un pouvoir séparateur assez fort pour les distinguer: il voit une couleur composée de ces trois couleurs. Essayez de mettre une minuscule goutte d'eau sur le verre de votre moniteur: celle-ci faisant un effet de loupe va faire apparaître les luminophores.

De plus, pour éviter des phénomènes de bavure (un électron destiné à frapper un photophore vert percutant le bleu) une grille métallique appelée masque est placée devant la couche de photophore afin de guider les flux d'électrons.

On distingue selon le masque utilisé plusieurs catégories d'écrans cathodiques :

  • Les tubes FST-Invar (Flat Square Tube) dont les luminophores sont ronds. Ces moniteurs utilisent une grille appelée masque (ou shadow mask en anglais). Ils donnent une image nette et de bonnes couleurs mais possèdent l'inconvénient de déformer et d'assombrir l'image dans les coins.

    luminophores pour un ecran avec un shadow mask

  • Les tubes Diamondtron de Mitsubishi© et Trinitron de Sony© dont le le masque est constitué de fentes verticales (appelée aperture grille ou grille à fentes verticales), laissant passer plus d'èlectrons et donc procurant une image plus lumineuse.

    luminophores pour un ecran avec une aperture grille

  • Les tubes Cromaclear de Nec© dont le le masque est constitué d'un système hybride avec des fentes en forme d'alvéoles constituant la meilleure technologie des trois.

    luminophores pour un ecran Cromaclear

Les moniteurs à écran plat

Les moniteurs à écrans plats (souvent notés FDP pour Flat panel display) se généralisent de plus en plus dans la mesure où leur facteur d'encombrement et leur poids sont très inférieurs à ceux des écrans CRT traditionnels.

La technologie LCD (Liquid Crystal Display) est basée sur un écran composé de deux plaques transparentes entre lesquelles est coincée une fine couche de liquide contenant des molécules (cristaux) qui ont la propriété de s'orienter lorsqu'elles sont soumises à du courant électrique.
L'avantage majeur de ce type d'écran est son encombrement réduit, d'oû son utilisation sur les ordinateurs portables.

Les caractéristiques

Les moniteurs sont souvent caractérisés par les données suivantes:

  • La définition: c'est le nombre de points (pixel) que l'écran peut afficher, ce nombre de points est généralement compris entre 640x480 (640 points en longueur, 480 points en largeur) et 1600x1200, mais des résolutions supérieures sont techniquement possibles.
  • La taille: Elle se calcule en mesurant la diagonale de l'écran et est exprimée en pouces, c'est-à-dire 2.54 cm. Il faut veiller à ne pas confondre la définition de l'écran et sa taille. En effet un écran d'une taille donnée peut afficher différentes définitions, cependant de façon générale les écrans de grande taille possèdent une meilleure définition.
  • Le pas de masque (en anglais dot pitch): C'est la distance qui sépare deux photophores; plus celle-ci est petite plus l'image est précise. Ainsi un pas de masque inférieur ou égal à 0,25 mm procurera un bon confort d'utilisation, tandis que les écrans possédant des pas de masque supérieurs ou égaux à 0,28 mm seront à proscrire.
  • La résolution: Elle détermine le nombre de pixels par unité de surface (pixels par pouce linéaire (en anglais DPI: Dots Per Inch, traduisez points par pouce). Une résolution de 300 dpi signifie 300 colonnes et 300 rangées de pixels sur un pouce carré ce qui donnerait donc 90000 pixels sur un pouce carré. La résolution de référence de 72 dpi nous donne un pixel de 1"/72 (un pouce divisé par 72) soit 0.353mm, correspondant à un point pica (unité typographique anglo saxonne).
  • La fréquence de balayage verticale (refresh rate en anglais) : Elle représente le nombre d'images qui sont affichées par seconde, on l'appelle aussi rafraîchissement, elle est exprimée en Hertz. Plus cette valeur est élevée meilleur est le confort visuel (on ne voit pas l'image scintiller), il faut donc qu'elle soit supérieure à 67 Hz (limite inférieure à partir de laquelle l'oeil voit véritablement l'image "clignoter").

Les normes d'énergie et de rayonnement

Il existe de nombreuses normes s'appliquant aux moniteurs permettant de garantir la qualité de ceux-ci ainsi que d'assurer le consommateur que le matériel a été conçu de manière à limiter le rayonnement dû aux émissions d'ondes électrostatiques et à en réduire la consommation d'énergie.

Ainsi, à la fin des années 80 la norme MPR1 a été élaborée par une autorité suédoise afin de mesurer l'émission de rayonnements par les matériels émettant des ondes électrostatiques. Cette norme fût amendé en 1990 pour donner la norme MPR2, reconnue internationalement.

En 1992, la confédération suédoise des employés professionels (Swedish Confederation of Professional Employees) introduit le standard TCO décrivant le niveau d'émission de rayonnements non plus en terme de niveau de sécurité minimal mais en terme de niveau minimal possible techniquement.

La norme TCO a subit des révisions en 1992, 1995 et 1999 afin de donner respectivement lieu aux normes TCO92, TCO95 et TCO99.

Logo de la norme TCO'99

En 1993, un consortium de fabricants de matériel informatique (VESA, Video Electronics Standards Association) créa la norme DPMS (Display Power Management Signalling) proposant 4 modes de fonctionnement pour les appareils s'y conformant :

  • En marche.
  • En veille (standby), avec une consommation inférieure à 25W.
  • En suspension, avec une consommation inférieure à 8W. Dans ce mode le canon à électrons est éteint, ce qui implique un délai de remise en route plus grand qu'en veille.
  • En arrêt.

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