LCD kijelzők működése és típusai Fotonikai eszközök
BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY
Alapvető fizikai mennyiségek • Teljesítmény: energia adott idő alatt (W) • Fényerősség: az a látható (fény)energia (intenzitás), amelyet a fényforrás egy 1m sugarú gömbfelületen átsugároz. – Mértékegysége a kandela (cd) SI meghatározása: A kandela az olyan fényforrás fényerőssége, amely 540·1012 Hz (555 nm) frekvenciájú monokromatikus fényt bocsát ki és sugárerőssége ebben az irányban 1/683-ad watt per szteradián.
• Fényáram: 1 kandela minden irányban egyenletes, pontszerű fényforrás által 1 szteradián térszögbe sugárzott teljesítmény – Mértékegysége a lumen (lm) 2/10
Alapvető mennyiségek, V(λ) függvény • Megvilágítás: egy négyzetméter felületre eső látható fényáram
– Mértékegysége a lux (lx)
lm F 683,002 J V d W 0
• A V(λ) görbe az emberi szem fiziológiai válaszfüggvénye a hullámhossz függvényében – Fotopikus (fekete) a „nagy” intenzitások esetében – Szkotopikus (zöld) a „kis” intenzitások esetében
3/10
Világítástechnikai paraméterek • Megvilágításra (és candelára) példák: – 1 candela kb. egy gyertya fénye, 100W-os izzó kb. 120 cd. – 20 lux alatt: gyönge megvilágítás – 200 lux: nappali megvilágítás – 1000 lux: futballpálya – 10000-25000 lux: napfény (ne közvetlen)
• Kontraszt: C=(B1-B2)/B1 – B1 és B2 a világosabb és a sötétebb pixelek/tartományok fénysűrűsége – Mértékegysége nincs, annál jobb a láthatóság, minél inkább az 1-hez van közel – Éppen elfogadható láthatóság a C=0,5.
• Kontrasztarány: CR= B1/B2 – pl. LCD paneleknél ezt adják meg.
4/10
Kis nyomdászat… - a féltónus (halftone) • Szürkeskála szimulálása különböző nagyságú, sűrűségű pontokkal • Nem csak a nyomdászatban: WaterCube Kínában
Színes nyomtatásban négy alapszínt használnak. Ha egyikből sem kerül a papírra, láthatjuk a hordozó alapszínét, a fehéret.
A három alapszín együttesen nem ad teljes feketét, azért szükséges a kulcsszín (fekete) használata.
A CMYK színtérben négy alapszín szerepel. Ezért ezt még hívjuk négyszínnyomásnak, mert négy alapszínt nyomtatnak a papírra. Alapszínei a következők: Cyan, azaz Cián_(szín), Magenta, azaz bíborszín, Yellow, azaz sárga és Key, fekete (kulcsszín). Ezen alapszínek apró pöttyök formájában kerülnek fel a papírra.
A színes féltónus • Szubtraktív színkeverés (fehér háttérrel) – CYMK színrendszerben nyomtatunk • Moiré miatt a színek nyomóformái szöge eltér C
75°
15°
105°
M
15°
45°
75°
Y
0°
0°
90°
K
45°
75°
15°
Dithering a nyomdászatban és kijelzőkben • Magasabb színmélységű alacsonyabb színmélységű kijelzőn való megjelenítéséhez szükséges átalakítások sorozata • A halftone ennek egy speciális változata • Kijelzőkben: 3x6 bites TN-LCD kijelzők – 24 bitet ún. temporal ditheringgel (vagy Frame Rate Control) érnek el: pl. 130-as állapot emulálásához 128-132-128-132-es állapotok váltják egymást – Vagy spatial dithering (2x2-es csempén emulálják a kieső színeket)
• Drágább monitorok 3x8 bitesek (pl. S-PVA panelek)
Példa spatial ditheringre • Példa spatial ditheringre:
• A TN panelekre jellemző a dithering • zaj forrása lehet! (dithering noise)
Bayer filter
TFT: Thin-film transistor
LCT TFT technológiák összefoglalása • Három alapvető fejlődési lépcső, számtalan altípussal: – TN: twisted nematic – IPS: in-plane switching (S-IPS, H-IPS) – VA: vertical alignment (PVA, MVA)
• A fenti típusok esetében a folyadékkristály alakja, rendeződése, vezérlése eltérő. • A folyadékkristály típusán kívül különbség lehet még pl.: – felbontásban, – háttérvilágításban.
LC orientációja TN és VA panelekben
VA panel működése
• E tér hatására függőlegesvízszintes átmenet van! • Teljesen más dipólusú molekulákat igényel! (itt E merőleges D-re, a TN-nél párhuzamos) • Egyebekben hasonló a TN-hez
Láthatóság javítása VA panelek esetében: az MVA • multi-domain VA • Kihasználjuk a falorientációt • A cella belső falát át kell alakítani • növekszik a láthatósági szög • Speciális: ASV – axially symmetric VA – Sharp TV
In-plane switching LCD • A vezérlő elektródák egy síkban, a panel hátoldalán vannak • inhomogén E tér • jobban kontrollálható orientáció, csak vízszintes síkban • Előnye a jobb láthatósági szög, hátránya a lassú rendeződés
TN vs. IPS láthatósági szöge
Láthatóság demonstrációja (IPS)
IPS altípusok (elektróda elrendezések) jellemzői
Színek jellemzése • Több különböző szabvány létezik. A magyar coloroid színrendszer: – Színezet (Hue) – ez a tulajdonképpeni szín – Telítettség (Saturation) – Világosság (Brightness)
• Színrendszerek: – RGB (red, green, blue): additív – CYMK (cyan, yellow, magenta, black – vagy key): szubtraktív
• Szürkeskála: azonos R,G,B
A színdiagram • Három alapszín: R (700nm), G (564,1 nm), B (435 nm) • A három színkoordinátát ábrázoljuk egy transzformáció segítségével: x
X X Y Z
Y y X Y Z
A gamut, vagy színkorlát • A monitor típusától függ, hogy a színkorlát mekkora hányadát teszi elérhetetlenné a teljes színtartománynak • CRT esetében a foszforok típusa adja meg a gamut három csúcsát • LCD esetében a háttérvilágítás spektrumától függ
Háttérvilágítás – hidegkatódos fénycső • Változatos alakban készülnek. • az olcsó LED-ek térhódítása előtt kizárólag ilyet használtak. • Kvázivonalas spektrumban sugároz, ami hatással van a gamutra.
Háttérvilágítás – LED
• Direkt háttérvilágítás és reflexiós megvilágítás • A reflexiós megvilágítás eloszlását tervezni kell! • A használt anyagok elnyelésétől függ a hatásfok
Háttérvilágítás – dinamikus LED
• A háttérvilágítás vezérlése „beszállhat” a képalkotásba, ezzel drasztikusan javítva a kontrasztarányt és az élethűséget. • Full panel NYÁK kell!
Kérdések • Definiálja az alábbi fizikai mennyiségeket: optikai teljesítmény, fényerősség, fényáram, megvilágítás! • Vázolja a (kétféle) V(λ) görbét! Mit mutatnak ezek? • Mi a féltónus, és a színes féltónus? Rajzon mutassa be ezeket a fogalmakat, és fejtse ki jelentőségüket! • Mi a dithering? Hol használják, mi a két alapvető típusa, és mi ezek jelentősége? • Definitálja a TFT fogalmát, és rajzolja fel a szerkezetét! • Milyen típusait ismeri az LCD kijelzők háttérvilágításának? Röviden ismertesse az egyes típusok előnyeit, hátrányait! • Milyen LCD paneltípusokat ismer (megkülönböztetés: a folyadékkristály típusa alapján)? Vázolja fel a 3 típus működését, és ismertesse előnyeit, hátrányait! • Mi a gamut? A kijelzők esetében mi befolyásolja a gamutot?
