Introduction aux écrans lisibles à la lumière du soleil
L’article couvre les paramètres les plus importants des écrans LCD TFT lisibles à la lumière du soleil qui doivent être pris en compte si l’écran LCD doit être utilisé dans un environnement extérieur. Cela signifie que nous aborderons des questions telles que le contraste, la luminosité et les reflets, et que nous verrons comment ces paramètres influencent ce que nous voyons ; et ce que nous voyons, en fait, c’est le contraste, et non la luminosité d’un écran. Le contraste est dérivé de la valeur de la luminosité d’un écran et de ses reflets. Nous espérons qu’à la fin de cet article, vous saurez exactement comment il fonctionne et comment obtenir le meilleur contraste possible. 
Les paramètres les plus importants des écrans LCD d’extérieur
Comme le prévoit l’ordre du jour présenté, nous passerons en revue des points tels que le contraste, car il s’agit d’un facteur clé pour voir clairement l’image et le contenu. Nous mentionnerons également la lumière du soleil et d’autres sources lumineuses et la manière dont elles influencent ce que nous voyons sur l’écran. Nous aborderons ensuite les réflexions, la luminosité de l’écran et, enfin, le fonctionnement d’un écran à différentes températures, car il existe des solutions d’affichage spéciales pour l’environnement extérieur (températures très élevées ou très basses).
Rapport de contraste des écrans LCD d’extérieur
Le rapport de contraste est un paramètre que l’on trouve facilement sur toutes les fiches techniques des écrans. Il est mesuré après la fabrication et donné au client sous la forme d’un numéro de référence. Les contrastes indiqués sur nos fiches techniques dans les exemples ci-dessus sont de l’ordre de quelques centaines, ce qui est la norme pour les écrans industriels. Pour les écrans bas de gamme, la valeur de contraste est comprise entre 300 et 500 et pour les écrans haut de gamme, elle peut atteindre 1000 à 2000. Si nous disposons d’un écran avec un contraste aussi élevé, nous pouvons voir l’image parfaitement. Le nombre sera toutefois différent si vous achetez un téléviseur standard. Si vous consultez les spécifications du téléviseur, vous trouverez peut-être un chiffre comme 1 à 1 000 000, mais c’est un peu délicat et ce n’est pas nécessairement le plus important. Comme nous le verrons dans la suite de cet article, le contraste réel dans le monde réel est bien plus faible que les chiffres donnés ici pour les écrans industriels, et pourrait même être cent mille fois plus faible que ce que vous pouvez voir dans les spécifications d’un téléviseur, et ce tout en conservant une image claire. 
La première chose à savoir sur le contraste est le rapport entre les parties claires de l’écran et les parties sombres ; ce rapport est simple à mesurer – il suffit de mesurer la luminosité. Si nous imaginons que l’image d’une spirale en noir et blanc se trouve sur un écran LCD, nous pouvons mesurer combien de candelas il y a dans la partie blanche. Disons qu’il s’agit d’un présentoir de mille candélabres ou autre. Ensuite, le rétroéclairage étant allumé et les pixels bloqués, nous pouvons mesurer le nombre de candelas dans la partie noire. Comme la différence entre les deux est importante, nous verrons cette partie noire et les autres parties blanches, mais ce n’est pas du vrai noir. Comme les pixels ne sont pas parfaits et qu’une partie de la lumière en sort (ils ne bloquent pas parfaitement la lumière), lorsque nous mesurons la luminosité, le résultat peut être d’environ 10 candelas. Dans certains téléviseurs, comme les OLED par exemple, le contraste peut être très élevé car lorsque les pixels du téléviseur sont éteints, ils n’émettent pas de lumière, et ce que nous voyons est un véritable noir. Je vous conseille d’aller voir ce genre de télévision dans un magasin, car c’est une expérience différente. Si vous avez un arrière-plan complètement noir, un vrai noir, ce n’est pas quelque chose auquel nous sommes habitués sur les téléviseurs standard dotés d’un écran LCD TFT. C’est pourquoi nous pouvons avoir des contrastes de l’ordre de quelques centaines, d’un millier ou d’un million, selon la façon dont on les mesure. Pour aller plus loin dans le détail, considérons le contraste réel que nous appelons le taux de contraste effectif (ECR). Dans nos fiches techniques, nous avons un CR, Contrast Ratio. C’est une valeur que nous mesurons dans des conditions d’usine parfaites, dans une pièce sombre où nous mesurons simplement les parties blanches et sombres de l’écran sans aucun reflet. Dans le monde réel, il y a de la lumière dans la pièce ou à l’extérieur. Comme toute surface qui n’est pas vraiment noire reflète la lumière du soleil, nous obtenons des reflets qui ajoutent de la luminosité à la surface. La luminosité s’ajoute aux deux parties, noire et blanche, ce qui réduit considérablement le contraste. Le tableau ci-dessus présente une échelle de lisibilité des écrans LCD extérieurs et, comme vous pouvez le constater, les rapports de contraste effectifs sont très, très faibles par rapport aux fiches techniques que nous avons vues auparavant, où ils étaient de 500 à 1, voire de 1 000 000 à 1, dans les spécifications d’un téléviseur. Ici, nous n’avons que 1 à 2, ou 3 à 4 et jusqu’à 20, et vous pouvez voir qu’une lisibilité raisonnable commence à 5. Un contraste de 5 est acceptable et la plupart des choses que nous voyons se situent entre 5 et 10. Comme vous pouvez le constater, lorsque le rapport de contraste effectif est de 10, l’image est bien lisible ; s’il est de 15, elle est remarquable et de 20, elle est excellente ! Ce que vous voyez en ce moment sur votre écran pourrait avoir un contraste de 15 à 1 ou de 10 à 1 et nous verrions toujours une image parfaite. Bien sûr, si nous descendons trop bas, près de 1, nous ne pouvons rien voir car les valeurs de la lumière et de l’obscurité deviennent égales. 
Le contraste réel est beaucoup plus faible que ce que l’on peut voir dans les spécifications, c’est pourquoi le contraste lui-même dans une spécification n’est pas le facteur le plus important pour un environnement lumineux. Si nous travaillions dans un environnement sombre, nous regarderions peut-être le contraste et dirions qu’un écran qui a un rapport de 1 000 à 1 est meilleur qu’un écran qui a un rapport de 500 à 1. Mais dans la réalité, dans un environnement lumineux, ces deux écrans auront un aspect assez similaire et seront lisibles de la même manière parce que la valeur réelle du rapport de contraste effectif sera beaucoup plus faible et qu’elle est liée à d’autres facteurs, et non au contraste lui-même. 
Le graphique ci-dessus présente quelques calculs supplémentaires. Comme vous pouvez le constater, si nous prenons un journal typique, nous pouvons nous attendre à un contraste de 20 à 1 à la lumière du soleil. C’est très bas, mais parfaitement lisible et nous dirions que le journal est l’un des meilleurs que l’on puisse voir et lire clairement à la lumière du soleil. Nous disposons ensuite d’informations sur les ordinateurs portables dont la luminosité est plus faible et d’une formule de calcul de l’ECR. Nous reviendrons plus tard sur les détails de ce calcul, mais comme vous pouvez le constater, l’ordinateur portable type de 2007 avait une luminosité d’écran de 200, voire 300 candelas. Aujourd’hui, les ordinateurs portables sont plus lumineux, mais à l’époque, en 2007, on pouvait s’attendre à un contraste très faible, c’est pourquoi il était très difficile de lire ou de travailler avec ce type d’ordinateurs portables à la lumière du soleil.
Comment la lumière du soleil affecte-t-elle la lisibilité des écrans LCD extérieurs ?
Entrons maintenant un peu plus dans les détails et prenons l’exemple des chiffres d’un écran à luminosité moyenne, qui est de 400 candelas. Comme vous le savez, nos écrans IPS à haute luminosité ont une luminosité standard de 1000 candelas, mais ici nous avons intentionnellement choisi une luminosité plus faible pour les besoins du calcul. Nous avons donc 400 candelas et un rapport de contraste de 400, pour faciliter le calcul. Ensuite, nous plaçons notre écran à l’extérieur, sous la lumière du soleil, où nous pouvons nous attendre à une luminosité d’environ 10 000 candelas et à quatre reflets de 4,5 %. 
Cela signifie que la surface de l’écran reflète 4,5 % de la lumière qui arrive. Dans ce cas, il réfléchira environ 450 candelas, et ce sur toute la surface, aussi bien sur les parties claires que sur les parties sombres. Ainsi, si nous sortons à l’extérieur, nous devons ajouter les reflets et ils sont ajoutés à toute la surface, dans la partie claire et dans la partie sombre. La valeur du rapport de contraste est alors complètement différente, et nous passons de 400 à 2, puis à 1 seulement. Comme nous l’avons déjà appris, 2 contre 1 est plutôt illisible ou inconfortable. Nous n’aimons pas regarder ce type d’affichage, car nous devons faire un effort et nous efforcer de voir ce qui s’y trouve. Il est donc beaucoup trop bas. Comment pouvons-nous l’améliorer dans les écrans lisibles à la lumière du soleil ? Nous pouvons en fait faire deux choses. La première chose est facile, nous pouvons augmenter la luminosité, donc nous augmentons et si nous passons, par exemple, à 800 ou 1000 candelas, nous aurons un rapport de contraste de 3 à 1 ou autre. Que pouvons-nous faire d’autre ? Il est possible de réduire le taux de réflexion, donc de modifier la surface de l’écran et de la rendre moins réfléchissante. C’est pourquoi nous utilisons parfois un revêtement antireflet sur le verre. Et de 4,5 %, par exemple, nous descendrons à peut-être 1 %, de sorte que la luminosité de la réflexion passera à 100 candelas. Le vrai contraste, après un calcul rapide, serait 500 divisé par 100, c’est-à-dire 5 contre 1. Ainsi, si nous diminuons uniquement la surface sans même changer la luminosité d’un écran, nous pouvons passer d’un contraste de 2 à 1 à un contraste de 5 à 1, ce qui sera suffisant, voire parfait dans des conditions d’ensoleillement. En général, nous faisons les deux. Nous essayons d’augmenter la luminosité et de réduire les reflets autant que possible, car les reflets dans les cas extérieurs sont élevés. 
Réflexions – Verre de protection, collage à l’air et collage optique dans les écrans lisibles à la lumière du soleil
Si un écran LCD est installé à l’extérieur, il faut non seulement une couche antireflet pour réduire les reflets, mais aussi protéger l’écran, généralement en ajoutant une vitre supplémentaire. Parce qu’il se trouve à l’extérieur, nous devons protéger l’écran du vandalisme et de l’environnement lui-même – de l’eau, de la poussière et de tout ce qui peut se produire à l’extérieur. Nous avons donc ajouté du verre. Il s’agit parfois d’un simple verre couvert, parfois d’un verre avec contact, selon l’application, et ils sont généralement séparés par une couche d’air. Il présente de nombreux avantages : avantages mécaniques, économiques, facilité d’assemblage et aussi, si le verre est détruit, l’écran peut encore fonctionner ; et nous pouvons remplacer uniquement le verre sans remplacer l’écran entier. Mais d’un point de vue optique, cette solution présente de nombreux inconvénients. Si le verre supplémentaire n’est pas optiquement lié à la surface de l’écran, il y a de l’air entre les deux. Cela signifie que nous avons plus de réflexions. Nous avons des réflexions sur le verre lui-même, du verre vers l’air, et à nouveau sur l’écran, car le verre est un environnement optiquement différent de l’air. Ainsi, nous avons parfois même 10 % de réflexions ou plus. C’est pourquoi nous devons également augmenter la luminosité. Il n’est pas très facile à manipuler, et le contraste pourrait à nouveau être insuffisant. En reprenant notre exemple, si nous avons 10% de reflets même en augmentant la luminosité à 2000 candelas, sans diminuer les reflets, nous avons un contraste de 3 à 1. Une fois de plus, l’écran passe d’illisible à à peine lisible, simplement en augmentant la luminosité et les reflets. L’autre solution consiste à ajouter une liaison optique. Si nous ajoutons une liaison optique, ce qui signifie que nous supprimons l’air entre l’écran et la vitre de couverture, et que le matériau de liaison optique sera aussi proche que possible de la vitre et de l’écran, nous aurons le même environnement du point de vue de la lumière. Si nous ne modifions pas l’environnement, nous n’avons pas de reflets, comme si nous avions un grand morceau de verre à l’intérieur. Le collage optique permet donc d’éliminer un grand nombre de reflets et d’améliorer la luminosité de l’écran, car s’il y a un vide d’air, la lumière de l’écran lui-même est également réfléchie et nous perdons quelques pour cent de luminosité. Avec la liaison optique, la lumière de l’écran disparaît et seule la lumière extérieure se reflète sur la surface de l’écran, ce qui réduit les reflets. Une explication plus détaillée est illustrée ci-dessus. C’est le cas lorsque la lumière de l’écran sort de l’écran par la fente d’aération et la vitre de couverture. 95 % de l’information sera diffusée, mais 5 % sera répercutée. Certaines d’entre elles finiront par s’éteindre, d’autres non, et l’affichage s’en trouvera quelque peu brouillé. Si nous utilisons le collage optique, l’image sera beaucoup plus claire. Si vous avez l’occasion de comparer un écran collé à l’air et un écran collé optiquement, vous verrez qu’avec le collage optique, les couleurs sont meilleures, plus vives et l’image est littéralement plus claire, parce que dans cette situation, toute la lumière est simplement émise sans aucune réflexion, dispersion ou autre. 
Le revêtement ajoute une couche supplémentaire à la surface. En général, il s’agit d’un verre auquel nous ajoutons un revêtement pour réduire les reflets. Comme nous l’avons déjà mentionné, la réflexion typique du verre est de 4 ou 5 %. Si nous ajoutons ce que nous appelons un revêtement AR, c’est-à-dire un revêtement antireflet, nous pouvons réduire ce chiffre à 1 % – 2,5 %, ce qui entraîne une grande différence dans le contraste que nous voyons en tant que spectateur de l’écran.
Lignes d’affichage TFT LCD à haute luminosité de Riverdi
Maintenant, un petit rappel des lignes d’affichage de Riverdi. Tout d’abord, nous avons notre ligne d’affichage d’ancienne génération qui était basée sur le verre TN, le verre standard Twisted Nematic. Lorsque nous avons lancé cette ligne, la plupart des présentoirs sur le marché à l’époque étaient de 200 à 300 candelas. Notre ligne était la norme la plus élevée de l’industrie et les présentoirs de Riverdi étaient de 500 à 600 candelas. Aujourd’hui, la luminosité est trop faible, c’est pourquoi nous avons décidé d’introduire une nouvelle ligne. Nous avons remplacé le verre TN par un verre IPS afin d’obtenir tous les angles de vision possibles et de meilleures couleurs, tout en augmentant la luminosité à 1 000 candelas. 
1000 candelas est un chiffre universel que l’on peut utiliser à l’intérieur dans un environnement très lumineux, comme une salle médicale lumineuse, ou des installations industrielles, ou une machine à café près d’une fenêtre, où la lumière du soleil entre par la fenêtre. Avec 1000 candelas, nous pouvons avoir une image parfaite et un affichage clair. Ces 1000 candelas nous permettent également de construire des appareils extérieurs si nous maintenons la réflexion à un niveau bas. Nous pouvons le faire soit en ajoutant de l’ombre, c’est-à-dire en évitant la lumière directe du soleil, soit en ajoutant une couche antireflet sur la dernière surface, qui est généralement du verre. Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessus, si nous ajoutons quelque chose sur le dessus de l’écran, qui est généralement un écran tactile, la luminosité diminue en raison des reflets. Le verre n’est pas non plus parfaitement transparent. Le verre typique a une transparence de 95% à 97%, donc peu de pourcentage est perdu dans le verre lui-même, le reste est perdu à cause des reflets. Comme vous le voyez, si la liaison est aérienne, les pertes sont plus importantes que si la liaison est optique. Avec la liaison optique, les pertes sont moindres car il n’y a pas de réflexion interne. Les chiffres figurant dans notre tableau sont très prudents. Dans la réalité, ils sont généralement plus élevés, mais il s’agit du niveau le plus bas auquel vous pouvez vous attendre. En règle générale, nous pouvons perdre de 10 à 12 %, mais nous essayons d’être prudents, c’est pourquoi nous indiquons 850 candelas, soit une baisse de 15 %, et c’est le niveau le plus bas que vous pouvez attendre de nos présentoirs avec ramassage et collage optique. Pour la ligne de l’ancienne génération, nous avons également une version avec contact résistif. Le toucher résistif comprend plus de couches, nous avons un autre espace d’air qui est nécessaire pour presser, parce que le résistif doit être pressé mécaniquement, c’est pourquoi nous avons une luminosité encore plus faible, il y a donc plus de réflexions qu’avec une tête de lecture typique sans collage optique. 
Écrans LCD extérieurs – températures de fonctionnement et de stockage
Nous savons donc déjà comment rendre un écran lisible à l’extérieur. Nous savons que nous pouvons augmenter la luminosité ou diminuer les reflets, et nous avons une image que nous pouvons voir. Nous devons maintenant réfléchir à la manière de faire fonctionner l’écran à des températures extérieures. Comme vous le savez, notre plage de température de fonctionnement standard pour les écrans que nous proposons est comprise entre -20 et +70 degrés Celsius. Il s’agit d’une température de fonctionnement standard dans l’industrie. La plage de température de stockage est un peu plus large et s’étend de -30 à +80 degrés Celsius. Certains de nos écrans, par exemple le 7″, ont été testés dans une plage allant de -30 à + 80 degrés et ont fonctionné, de sorte que la plage de température de fonctionnement pratique réelle est plus élevée que dans les spécifications, mais c’est ce que nous garantissons. Mais pour les véritables écrans LCD d’extérieur, il est trop bas, il est trop bas des deux côtés. Dans de nombreux cas, les -20 degrés ne sont donc pas suffisants. En Scandinavie et dans de nombreux autres pays, on peut s’attendre à des températures inférieures à -20 et il faut une température de fonctionnement de -30 ou -40 degrés pour les écrans extérieurs. Le problème se pose également pour les températures élevées, car si l’on se trouve en été et que la lumière directe du soleil atteint la surface de l’écran, on peut même dépasser les +70 ou +80 degrés. Nous avons donc besoin d’une technologie différente. Dans un écran LCD classique, on trouve des cristaux liquides. Les cristaux liquides doivent être en phase liquide pour fonctionner et, en dessous de la température minimale de fonctionnement, ils commencent à geler. Cela signifie qu’il devient solide et que les cristaux ne peuvent pas se déplacer ou se déplacent très lentement. Au-dessus de la température minimale de fonctionnement, entre -20 et +70 degrés Celsius, il est en phase liquide et fonctionne normalement. Nous appelons cette phase nématique. La phase nématique est donc une phase où la lumière peut être exploitée par un cristal liquide. Le cristal liquide peut modifier la polarisation de la lumière, mais il doit déplacer mécaniquement les cristaux à l’intérieur de la cellule de cristal liquide, et doit donc être en phase nématique. En dessous de la température minimale de fonctionnement, il devient solide et ne peut plus bouger. Au-dessus de la température maximale de fonctionnement, qui est de +70 ou +80 degrés pour les écrans typiques, mais parfois seulement de +50 degrés pour les produits grand public, nous passons à la phase isotrope. Isotrope signifie qu’il n’est plus possible de modifier la polarisation de la lumière. C’est comme si toute la lumière pouvait passer à travers les cristaux liquides et qu’il était impossible de la contrôler avec la tension ou quoi que ce soit d’autre, de sorte qu’il est impossible d’allumer et d’éteindre les pixels. C’est pourquoi nous avons une autre solution que nous appelons les écrans Hi-Tni. Hi-Tni signifie High temperature Twisted nematic – isotropic, et nous utilisons cette technologie pour les affichages extérieurs, par exemple pour les industries marine, automobile et militaire. https://youtu.be/jkD-hcuPHMc L’image ci-dessus montre un exemple de Hi-Tni et d’affichage extérieur. Nous avons donc deux types de cellules, deux cristaux liquides que nous pouvons utiliser. L’un fonctionne dans une plage de température allant de -20 à +110 degrés et l’autre dans une plage de température allant de -40 à +110 
degrés. Ainsi, dans cette gamme, nous sommes en sécurité, nous pouvons descendre très bas en température sans que cela ne devienne solide, et nous pouvons monter très haut en température jusqu’à 110 degrés sans que cela ne devienne isotrope. Vous avez peut-être même vu des écrans qui ont été utilisés à l’extérieur et qui deviennent parfois noirs. C’est ce qu’on appelle l’effet de noircissement. S’ils deviennent noirs, cela signifie que les cristaux deviennent isotropes. Vous pouvez parfois voir qu’une partie de l’écran est noire ou que l’écran entier devient noir, en fonction de la température. La bonne chose est que cela n’endommage pas l’écran, donc une fois que la température baisse, il retourne à la phase nématique et l’écran fonctionne à nouveau, mais à une température élevée, vous ne pouvez rien voir sur l’écran, il ne fonctionne pas. 
L’image ci-dessus montre un exemple de fiche technique d’un écran soumis à des températures élevées. Comme nous l’avons dit, il s’agit d’un cristal liquide allant de -40 à +110 degrés, et il s’agit de la technologie la plus récente. Mais attention ! Il ne s’agit que de la surface de l’écran, le verre TFT lui-même. Si la lumière du soleil est dirigée vers l’écran, elle peut augmenter la température de l’ensemble de l’écran en tant que module. 
Pour l’ensemble du module d’affichage, la plage de température de fonctionnement peut aller de 0 à +50 degrés ou de -20 à 70 degrés. Nous pouvons avoir deux températures de fonctionnement, ce qui signifie que si nous utilisons l’écran à l’extérieur, nous sommes à l’abri de la lumière du soleil, la surface de l’écran peut atteindre une température très élevée, mais nous devons contrôler la température ambiante à l’intérieur du boîtier de l’écran pour qu’elle ne soit pas trop élevée. +50 ou +70 est le maximum, il faut généralement des ventilateurs pour évacuer la chaleur à l’intérieur de l’appareil. En général, dans notre cas, nous avons un ordinateur à l’intérieur et d’autres appareils qui ne peuvent pas fonctionner à des températures élevées comme +100 degrés, donc nous contrôlons la température de toute façon. La température ne peut donc pas être trop élevée à l’intérieur et il est certain qu’elle ne peut pas être aussi élevée que ce que peut supporter un cristal liquide, soit +110 degrés. C’est tout ce qui est dit dans cet article sur le contraste, la luminosité et les températures. Encore une chose : si vous envisagez d’acheter un ordinateur portable aujourd’hui, vous pouvez trouver la luminosité dans les spécifications. Regardez ce chiffre car il déterminera la qualité de votre ordinateur portable à l’extérieur. Il existe aujourd’hui sur le marché des ordinateurs portables qui peuvent contenir 1000 candelas, voire plus. Si vous êtes à la recherche d’un nouvel appareil, je vous recommande également les téléphones mobiles. Les téléphones portables à faible luminosité peuvent avoir une luminosité de 300, voire 500 candelas, mais aujourd’hui la norme se situe autour de 1000 candelas, mais il y a des téléphones sur le marché qui ont déjà une luminosité de 1500 ou même 1800 candelas. Cela signifie que si vous êtes en plein soleil, vous pourrez toujours voir l’image clairement. Bien sûr, la batterie se déchargera plus rapidement, mais parfois ce n’est pas si important, peut-être voulez-vous juste vérifier quelque chose rapidement, lire quelque chose et vous voulez avoir une image claire, mais sachez que ce chiffre est très important lorsque vous achetez de nouveaux appareils !