TRAVAIL PERSONNEL ENCADRÉ ÉCRAN À DEL 3D

BERTOCCHI Corentin CHAT Pierre MACHERET Loïck THURY-GUENIN Alexandre 1 ère S2 1 ère S1 1 ère S1 1 ère S1 TRAVAIL PERSONNEL ENCADRÉ ÉCRAN À DEL 3D Année 2011-2012 Lycée Louis Davier 1

Sommaire I. Présentation II. Fonctionnement des DEL III. Couleurs et fonctionnement d un écran IV. Modélisation d un support V. Fonctionnement de la 3D 2

I) Présentation Nous avons choisit ce sujet de TPE car les écrans occupent une place de plus en plus importante dans notre société. Nous nous sommes questionnés sur le fonctionnement d un téléviseur DEL, et un système de rangement. Nous avons pris l exemple d un téléviseur 3D à DEL de Sony. Nous allons analyser les différentes fonctions et matériels de cet appareil : le fonctionnement des DEL, le fonctionnement de la 3D et un support mécanique. Sony Bravia KDL-65HX920 165 cm / 65, Full HD 3D, LED, Wi-Fi, vidéo Internet et Skype Technologie Intelligent LED pour un contraste exceptionnel Affichage en 3D de haute qualité (lunettes 3D fournies) 3

II) Fonctionnement des DEL (par Loïck MACHERET) A) Présentation: LED est l'acronyme anglais de "light-emitting-diode" traduit en français par " diode électroluminescente " abrégé en DEL (nous utiliserons LED dans la suite du document). Une LED est un composant optoélectronique : un composant électronique qui émet ou interagit avec la lumière. Une LED est donc un composant électronique émettant de la lumière lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, ce phénomène s'appelle l'électroluminescence. Une LED ne laisse passer le courant électrique que dans un sens (le même qu'une diode classique) et produit un rayonnement monochromatique ou polychromatique incohérent (comme le soleil). B) Fonctionnement: C'est lors de la recombinaison d un électron et d un trou d électron dans un semi-conducteur qu il y a émission d un photon. En effet, la transition d un électron entre la bande de conduction et la bande de valence peut se faire avec la conservation du vecteur d'onde. Elle est alors radiative (émissive) et elle s accompagne de l émission d un photon. Dans une transition émissive, l énergie du photon créée est donnée par la différence des niveaux d énergie avant et après la transition. 4

Un trou d'électron (habituellement appelé tout simplement trou) est l'absence d'un électron dans la bande de valence, qui serait normalement remplie sans le trou. Une bande de valence remplie (ou presque remplie) est une caractéristique des semi-conducteurs. L élément semi-conducteur est un élément dopé avec des impuretés afin de créer une jonction PN qui doit être polarisée en sens direct lorsqu on veut emmètre de la lumière (du sens P vers N). Jonction PN : La cathode, constituant la zone N a subi un dopage de type N consistant à augmenter la densité en électrons dans l élément semi-conducteur. L anode, constituant la zone P a subi un dopage de type P consistant à la densité en trous d électrons dans le semi-conducteur. Lorsque cette jonction est parcourue par une tension positive, les trous d électrons (porteur positif) de la zone Zone de transition P sont repoussés vers la jonction, et les électrons (porteur négatif) de la zone N sont attirés vers la jonction. A l interface de ces deux zones, soit les porteurs continuent leur trajet dans le semi-conducteur, soit ils se recombinent (l électron tombe dans le trou d électron) en émettant un photon visible. Ce qui donne la lumière qu on voit. Recombinaison Les différentes couleurs de lumière (rouge, vert, bleu ) sont obtenues suivant le choix du semi-conducteur utilisé et le traitement appliqué. 5

C) Utilisation: Les LED sont utilisé dans beaucoup d élément depuis longtemps en temps qu émetteur infrarouge et témoin lumineux. Les progrès réalisés depuis leur création ont permis d augmenté le spectre de couleurs disponible, leur rendement et la puissance de la lumière émise. Grace à leur taille de plus en plus réduite, leur consommation d énergies qui est la plus faible en termes de lumière et leur long duré de vie, on utilise les LED dans presque tous les domaines (balisage, signalisation, décoration, éclairage ). D) Avantages: Facilité de montage sur un circuit imprimé. Consommation inférieure aux lampes à incandescence. Excellente résistance mécanique (chocs, écrasement, vibrations). Taille beaucoup plus réduite que les lampes classiques. Durée de vie beaucoup plus longue qu une lampe à incandescence classique. Elles s allument et s éteignent en un temps très court. Les LED RVB (rouge-vert-bleu) permettent des mises en valeur colorées avec des possibilités de variations sans limite. E) Conclusion : Pour conclure les LED sont une technologie très utile dans la vie quotidienne et ont beaucoup d avantages. C est pour cela que les LED sont intéressantes à utiliser dans la télévision. 6

III) Couleurs et fonctionnement d un écran DEL (par Pierre CHAT) A) Présentation: Tous les types d écran, peu importe leur technologie, sont composés de milliers de cellules éclairantes appelées «pixels». Ces pixels sont tous composés de trois «sous-pixels», qui sont, dans notre cas, des DEL microscopiques, chacune éclairant d une couleur primaire : Rouge, Vert et Bleu. Un pixel fonctionne sur le principe de la synthèse additive. Un écran DEL fonctionne avec la même technologie qu un écran à cristaux liquides (LCD ou ACL en français), seule différence : les tubes à cristaux liquides sont remplacés par des DEL, qui sont plus économiques car elles consomment moins d énergie. B) Couleurs Le schéma ci-contre indique la façon dont fonctionne la synthèse additive des pixels. A pleine puissance, les trois sous-pixels font apparaitre la cellule blanche. Si le sous-pixel bleu s éteint, le pixel apparaitra jaune. C est parce que ces cellules sont très petites que notre œil ne les distingue pas et ne voit qu une seule couleur. Jaune Rouge Magenta Blanc Vert Cyan Bleu C) Fonctionnement Un écran LED contient environ 2 à 3 millions de pixels, donc trois fois plus de LED. Il est évident que chaque diode n est pas alimentée séparément, cela ferai des millions de connections. Chaque pixel a une puce personnelle, ces puces étant toutes connectées au processeur de l écran. Pour afficher une image, le processeur change la couleur de chaque pixel un par un, mais à une telle vitesse (environ 75 Hz) que l œil ne voit qu une image fixe. Cette action s appelle le «balayage» de l écran. 7

D) Expérience Pour expliquer le fonctionnement d un pixel et de la synthèse additive, j ai réfléchit, avec l aide de mon groupe, à une expérience simple mais percutante. Et j ai opté pour le procédé suivant. Un pixel traditionnel est donc composé de trois sous-pixels et est entouré d une mince bande noire, pour l isoler des autres cellules, afin que la synthèse des couleurs soit optimale. Mon expérience devait être assez grande donc j ai choisis de la réaliser ainsi : -Un tube du PVC pour faire une chambre noire -Trois DEL (une bleue, une rouge, une verte) J ai découpé un tiers du tube dans sa hauteur pour faire un clapet qui tient avec du ruban adhésif (pour démonter plus facilement). En suite j ai percé trois paires de petits trous réparties sur le cylindre pour être à égale distance. Ces trous servent à laisser passer les pattes (anode et cathode) de la DEL. Il faut bien sûr raccorder chaque DEL avec une résistance (ici 330Ω) pour ne pas les abimer, ce sont des composants fragiles. Pour obtenir la synthèse additive et la variation de couleur, comme un vrai pixel, j ai relié chaque DEL à une alimentation distincte (un générateur à trois sorties pour plus de praticité). Et en faisant varier l intensité de chaque diode, on peut obtenir toutes les couleurs existantes 8

IV) Modélisation d un support (par Corentin BERTOCCHI) Nous nous sommes demandé comment avoir le moins d encombrement possible pour le rangement d un téléviseur de cette taille. Nous avons trouvé ce support plafonnier déjà existant. J ai représenté ce support plafonnier de téléviseur à l aide du logiciel de représentation 3D Autodesk Inventor 2012. Ceci peut être prit comme une expérience car ce fut la première fois que j utilisais Inventor sans instruction du professeur. Toute modélisation commence par une esquisse. Dans cette esquisse on commence pas créer les contours de la pièce et mettre des côtes. Après, pour donner du volume ou enlever de la matière à la pièce, on utilise la fonction extrusion d Inventor : on sélectionne l esquisse à laquelle on veut donner du volume et on indique une côte d épaisseur de la pièce. 9

Ensuite on crée toute nos pièces séparément. Une fois toutes les pièces terminées on les assemble grâce à des contraintes (angles, plaquages, ) qui vont lier les pièces entre elles. Après avoir terminé l assemblage, j ai créé une vidéo de présentation dans laquelle le support se met en mouvement. Pour cela j ai créé plusieurs vidéos, avec un point de vue différent dans chacune d elles, grâce à la fonction d Inventor «piloter une contrainte». 10

J ai ensuite fait un montage vidéo avec chaque petite vidéo à l aide du logiciel de montage vidéo Windows Movie Maker. 11

V) Fonctionnement de la 3D (Par Alexandre THURY-GUENIN) A) Petite histoire de la 3D. En 1838, Charles Wheatstone invente le 1 er stéréoscope. Cet appareil optique binoculaire est une visionneuse permettant de voir des images fixes en relief. En 1885, le kinématoscope est créé. C'est la 1 ère caméra stéréoscopique, elle permet le visionnage en relief. Le 1 er film utilisant le procédé à filtres colorés dit anaglyphe est produit en 1915. En 1922, le 1 er film grand public en 3D est projeté : power of love. Le 10 août 1928, un téléviseur stéréoscopique est présenté pour la première fois. En 1935, le premier long métrage en couleurs destinés à la 3D est réalisé. Dès la seconde guerre mondiale, les appareils photographiques stéréoscopiques à usage personnel deviennent répandus. En 1935, le film House of Wax propose un son stéréoscopique en plus de l'image 3D. Dans le milieu des années 1990, les jeux vidéo commencent à exploiter le système comme la Virtual boy de Nintendo. 12

B) Types de 3D. Technologie anaglyphe. C'est le procédé d'affichage 3D traditionnel avec lequel nous sommes tous plus ou moins familier. Il repose sur l'utilisation d'un verre de couleur différente pour chaque œil. Les images pour l œil droit et pour l œil gauche sont diffusées simultanément sur l'écran et sont légèrement décalé. De plus, l'image de chaque œil est diffusée dans un spectre de lumineux que l'autre œil ne perçoit pas du fait de la teinte des lunettes. Technologie à obturation active. Les lunettes à obturation active pour TV 3D contiennent des cristaux liquides et des filtres polarisés qui permettent d'obscurcir le verre des lunettes à une fréquence très élevée (120 hertz donc 120 images par secondes) de manière à ce que chaque verre alterne entre opacité et la transparence laissant ainsi passer l'image vers chaque œil alternativement. Les lunettes sont synchronisées avec le téléviseur de manière à ce que l'image pour l œil gauche ne soit visible que lorsque le verre est transparent et vice versa. Technologie à polarisation passive C'est la technologie utilisée au cinéma actuellement. Ces deux écrans affichent des images simultanément mais chaque image dispose d'une polarisation propre. Les lunettes ne sont que de simples lunettes qui contiennent un filtre polarisé pour chaque œil. Comme les images sont polarisées et que les verres laissent passer une seul image mais polarisée différemment, nous ressentons l'effet de la 3D. 13

Sources Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/synth%c3%a8se_additive http://fr.wikipedia.org/wiki/%c3%89cran_%c3%a0_cristaux_liquides http://fr.wikipedia.org/wiki/t%c3%a9l%c3%a9vision_en_3d http://fr.wikipedia.org/wiki/diode_%c3%a9lectroluminescente Forum Yahoo : http://fr.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100110063909aaeb7tu EasyLounge : http://www.easylounge.com/support-tv/mecatronica-book-75-37636 Ariase : http://www.ariase.com/fr/reportages/3d-relief.html Led-fr : http://www.led-fr.net/fonctionnement.htm 14