LCD kijelzők működése és típusai

Az előadások a következő témára: "LCD kijelzők működése és típusai"— Előadás másolata:

1 LCD kijelzők működése és típusai
Fotonikai eszközök

2 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

3 Alapvető mennyiségek, V(λ) függvény
Megvilágítás: egy négyzetméter felületre eső látható fényáram Mértékegysége a lux (lx) A V(λ) görbe az emberi szem fiziológiai válasz-függvénye a hullámhossz függvényében Fotopikus (fekete) a „nagy” intenzitások esetében Szkotopikus (zöld) a „kis” intenzitások esetében A 683,002 konstans azért nem „egész”, mert a V(lambda) görbe és a kandela, és azon keresztül a lumen definíciójában nem ugyanaz a függvénymaximumhoz tartozó intenzitás. A J(lambda) a spektrális teljesítménysűrűség. 3/10

4 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 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

5 Kis nyomdászat… - a féltónus (halftone)
Szürkeskála szimulálása különböző nagyságú, sűrűségű pontokkal Nem csak a nyomdászatban: WaterCube Kínában

6 Színes nyomtatásban négy alapszínt használnak
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.

7 A színes féltónus Szubtraktív színkeverés (fehér háttérrel) – CYMK színrendszerben nyomtatunk Moiré miatt a színek nyomóformái szöge eltér C 75° 15° 105° M 45° Y 0° 90° K

8 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 es állapotok váltják egymást Vagy spatial dithering (2x2-es csempén emulálják a kieső színeket) Drágább monitorok 3x8 bitesek (pl. S-PVA panelek)

9 Példa spatial ditheringre
A TN panelekre jellemző a dithering zaj forrása lehet! (dithering noise)

10 Bayer filter

11 TFT: Thin-film transistor

12 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.

13 LC orientációja TN és VA panelekben

14 VA panel működése E tér hatására függőleges- vízszintes átmenet van!
Teljesen más dipólusú molekulákat igényel! (itt E merőleges D-re, a TN-nél párhuzamos) Egyebekben hasonló a TN-hez

15 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

16 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

17 TN vs. IPS láthatósági szöge

18 Láthatóság demonstrációja (IPS)

19 IPS altípusok (elektróda elrendezések) jellemzői

20 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

21 A színdiagram Három alapszín: R (700nm), G (564,1 nm), B (435 nm)
A három színkoordinátát ábrázoljuk egy transzformáció segítségével:

22 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

23 Háttérvilágítás – hidegkatódos fénycső
Változatos alakban készülnek. az olcsó LED-ek térhódítása előtt kizárólag ilyet használtak. Kvázivonalas spektrumban sugároz, ami hatással van a gamutra.

24 Háttérvilágítás – LED Direkt háttérvilágítás és reflexiós megvilágítás
A reflexiós megvilágítás eloszlását tervezni kell! A használt anyagok elnyelésétől függ a hatásfok

25 Háttérvilágítás – dinamikus LED
A háttérvilágítás vezérlése „beszállhat” a képalkotásba, ezzel drasztikusan javítva a kontrasztarányt és az élethűséget. Full panel NYÁK kell!

26 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?