LCD kijelzők működése és típusai Fotonikai eszközök

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) 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

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 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 45° Y 0° 90° K

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 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 függőleges- vízszintes 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:

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?