FH Köln


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Cartes-fiches 84
Langue Deutsch
Catégorie Electronique
Niveau Université
Crée / Actualisé 28.02.2015 / 25.01.2018
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Intégrer
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Displayarten

  • Direktsicht
    • emissive
      • CRT,LED,OLED,Plasma
    • non - emissive
      • LCD
      • DMD
      • e-paper
  • Projektion
    • LCD
    • DMD
    • CRT
    • Laser

Eigenschaften Displays  selbst-leuchtend und nicht selbst-leuchtend

  • selbstleuchtend
    • + gut bei dunklem bis mittlerem Umgebungslicht
    • + kein eingeschränkter Betrachtungswinkel
    • + keine Pixelträgheit
    • + großer Temperaturbereich
    • - hoher Stromverbrauch
    • - geringer Kontrast bei Sonnenlicht
    • - enbrennen, alterung der Leuchtstoffe
  • nicht selbst-leuchtend
    • + geringer Stromverbrauch
    • + Lesbarkeit bei Sonnenlicht
    • + Bi- stabile Displays können realisiert werden
    • - eingeschränkter Betrachtungswinkel
    • - Pixelträgheit
    • -Hintergrundbleuctung bei dunklem Umgebungslicht

 

Eigenschaften Bildröhren und Flach-Displays

  • Bildröhren
    • - nur selbst-leuchtend
    • - hohes Gewicht
    • - große Bautiefe
    • - max Bilddiagonale 40 inch
    • + günstig
  • Flach-Displays
    • + sowohl selbstleuchtend und nicht selbstleuchtend
    • + geringes Gewicht
    • + geringe Bautiefe
    • + flexible Displays möglich

idealer Betrachtungsabstand

\(tan \delta \approx \delta = \frac{ h }{a }\)

h = Pixelgröße

a = Betrachtungsabstand

Ergonomie Zeilenzahl

siehe bild

Testbilder Kontrastmessung

Und Kontrastverhältnis

1. siehe Foto

 

2.

  • warnehmbarer Bereich von3:1 bs 500:1
  • zu großes Kontrasverhältnis kann ebenfalls stend sein
  • Messung normal im Darkroom
  • Lmin hat großen Einfluss
  • Bei fullscreen Messung keine Aussage über Textlesbarkeit
  • \(C_r= {L_{max} \over L_{min}}\)

 

dynamisches Kontrastverhälnis

  • wird zur bewerbung von Displays oft benutzt
  • basiert auf Messung zwei verschiedener Testbilder
  • Bei Weißmessung wird das Backlight heller gemacht und die Gamma-Kennlinie so verschoben, dass helle Graustufen noch erkennbar sind
  • Bei Schwarzmessung wird das Backlight dunkler gemacht und die Gamma-Kennlinie so verschoben, dass dunkle Graustufen noch unterscheidbar sind

Keine AUssage über den tatsächlichen Dynamikumfang des Displays

HDR Displays

Hintergrundbeleuchtung kann regional in der Helligkeit geändert werden.

Beurteilung der Schärfe

  • Der Kontrast veringer sich mit zunehmender Signalfrequenz. Hohe Frequenzen werden stärker gedämpft
  • Beurteilung erfolgt nur anhand der MTF
  • MTF ist ohne Einheit
  • Beschreibt das Kontrastverhältns Cm als funktion der Ortsfrequenzen fx und fy
  • \(C_m = {L_{max}-L_{min} \over L_{max}+L_{min}}\)
  • \(C_M (f_{x,y})-> MTF\)

Berechnung der Gradationskennlinie

  1. Messung der Leuchtdichte von min. 10 aäuidistanten Grauwerten
  2. Normierung der Grauwerte und Leuchtdichten auf jeweils 1
  3. Berechnung des Logarithmus für alle Daten
  4. Diagramm mit Graustufen ( x-Achse) und Leuchtdichte-Werten (y-Achse)
  5. Fitten einer Geraden an die Kurve
  6. Bestimmung der Steigung der Gerade ergibt den Gamma-Wert

Aufbau CRT

Aufbau

CRT RGB Triple Erzeugung

  • Erzeugung mittels Schattenmaske und 3 Strahlsystem
  • diverse Schattenmaske (siehe Bild)

 

LC-Displays

  • nicht-selbstleuchtend
  • Lichtventildisplay--> benötigt externe Lichtquelle
  • Flüssigkristall
    • besitzt de Liquidität von Flüßigkeiten
    • optische Eigenschaft von Kristallen
    • stäbchen oder fadenförmig
    • bei Raumtemperatur im nematischen Zustand

Funktionsprinzipien LCD

  • normally white mode

im Ruhezustand liegt keine Spannung an und das lichtventil ist offen

PolFilter gegneinander verdreht angeordnet

  • normally black mode

im Ruhezustand ist Lichtventil geschlossen

Polfilter ncht gegeneinander verdreht

 

Normally White Mode - Spannung Ein vs. Aus

  • Spannung Aus
    • Hintergrundlicht durchläuft Polarizer und ist danach polarisiert
    • Flüssigkristalle orientieren sich an den Ausrichtungsschichten
    • Kristallmoleküle bilden 90° Helixform und drehen die Polarisierrichtung (TN)
    • Das Licht kann den unteren Polarizer passieren
    • Lichtventil ist offen
  • Spannung An
    • Hintergrundlicht durchläuft Polaizer und ist dnach polarisiert
    • Flüssigkristalle orientieren sich am angelegten E-Feld
    • Polarisationsrichtung des Lichtes ist nicht gedreht
    • Das Licht kann den unteren Polarizer nicht passieren
    • Lichtventil ist geschlossen

Aktive und Passive Ansteuerung Displays

  • aktiv
    • jedes Pixel hat ein Schaltelement
    • + wesentlich bessere Bildqualität
    • Schaltelement besteht meist aus Transistor in Dünnschicht Technologie (TFT)
  • passiv
    • pixel werden Zeilen oder Spaltenweise angesteuert. Kein schaltelement am Pixek
    • +wesentlich günstiger

Schaltzeiten

  • für die Änderung des Grauwertes eines Pixels wird eine endliche Schaltzet benötigt
  • Video- und Spieleanwendungen benötigeten Schaltzeiten < 20ms
  • Schaltzeit ist abhängig von den Eigenschaften der Flüssigkristalle
  • Verbesserung der Schaltzeiten durch
    • schnellere Flüssigkristalle
    • overdrive Technik

 

Overdrive Technik

 

Signal für einen Pixel wird übersteuert

so wird eine steilerer Anstieg der Pixelhelligkeit gewährleistete und der Pixel erreicht somit schneller den gewünschten wert

 

LED Hintergrundbeleuchtung und CCFL Beleuchtung


LED Hintergrundbeleuchtung

  • große Helligkeit
  • gleichmäßige Ausleuchtung
  • geeignete spektrale Charakteristik
  • geringes Gewicht
  • geringe Dicke
  • kostengünstig
  • kein Flimmern
  • hohe Lebensdauer
  • geringe Wärmeentwicklung
  • großer Betriebstemperaturbereich

CCFL Hintergrundbeleuchtung

  • geringe Helligkeit
  • geringe Lebensdauer
  • Farbkonstant
  • hoher Wirkungsgrad
  • schlechtes Kaltstartverhalten
  • geringer Farbraum

Aufbau CCFL Backlights

s

Lichteffizienz bei Aktivmatrix LCDs

s

Technologien zur Vergrößerung des Betrachtungsbereiches

siehe Bild

Twisted Nematic

+ akzept. Schaltzeiten

- große Blickwinkel Abhängigket

 

 

Vertical Alignment

+ großer Bilckwinkelbereich

+ sehr guter Kontrast

+ geringe Schaltzeiten

 

  • aus Zustand
    • Flüssigkristalle stehen nahezu senkrecht
    • es kommt fast kein licht durch
  • Ein-Zustand
    • elektrisches Feld richtett die Moleküle horizontal aus
    • licht kommt durch
    • Vorsprünge ( kleine Pyramide) richten Moleküle aus ( abwechselnd nach links und rechts gekippt

 

In Plane Switching

  • Flüssigkristalle richten sich paralell zur Glasfläche aus
  • durch anlegen eines Feldes werden die Moleküöe in der Ebene um 90° gedreht

Nachteil

  • Elektroden sind kammförmig auf der unteren Glasschicht angegordnet --> Weniger Lichtdurchlass

Vorteil

  • sehr großer Betrachtungswinkel

Plasma Displays

  • selbst leuchter
  • Lichterzeugung mittels Edelgase
  • UV Licht regt Leicht-Phosphore zur Emission von sichtbaren Licht an
  • Elektro-optische Kennline ist stark nicht-linear
  • Keine Aktivmatrix-ansteuerung notwendig
  • Elektro-optische Kennlinie ist stark nicht-linear
  • Pixel-Pitch für RGB ca 1 mm
    • beschränkte Baugröße nach unten hin

Aufbau eines 3 Elektroden Plasma Displays

siehe Bild

Ansteuerung Plasma Display

siehe Bild

Adressierungszyklus

  • Adressierung
    • Zeilenauswahl durch Zeilentreiber
    • Anlegen der Spannung durch Datentreiber
      • Gas wird ioniesiert
  • Erhaltungsphase
    • Erhalten des Plasma-Zustandes durch Anlegen einer Wechselspannung über Sustain Treiber
    • nur ioniesierte Zellen strahlen UV Licht ab
    • UV Licht regt Phosphor zur Emission von farbigen Licht an
  • Löschphase
    • Ionisierte Zellen werden durch  Entladung gelöscht
    • alle ionen sind neutralisiert
      • kein Plasma Zustand
    • erneuter Adressierungs-Zyklus

Graustrufenerzeugung Plasma Display

  • Graustufenerzeugung erfolgt durch so genannte Subframes unerschiedlicher Lönge
    • nutzt die zeitliche Integrationseigenschaften des Auges
    • aktivieren und lsöchen erfolgt in sehr kurzer zeit ca 1 mikro skeund
    • Kombination der 8 Sub-frames ermöglicht die Farstellung vn allen 256 Graustufen

 

Projektions-Displayarten

  • non-emissive
    • transmissiv
      • LCD Projektor
    • reflektiv
    • DMD Projektor
  • emmissive
    • CRT-Projektor
    • Laser-Projektor

CRT Projektor

  • Sowohl für Auf- als auch Rückprojektion geeignet
  • Funktionsprinzip
    • Auf der Leichtschicht der Röhre wird ein möglichst helles Bild erzeugt
    • Für jede Farbe gibt es eine Röhre
    • Röhren sind tlw. gekühlt
    • Über einen Hohlspiegel wird das Licht reflektiert, gefiltert und auf die Porjektionswand geleitet

 

Aufbau CRT Projektor

siehe Bild

Vor und Nachteile CRT Projektor

Frontprojektion

  • Vorteile
    • sehr hohe Auflösung
    • große Bilddiagonalen
  • Nachteile
    • geringe Leuchtdichte
    • Streulichtempfindlichkeit
    • großes Gewicht
    • Projektion nur in dunkler Umgebung mögich

Rückprojektion

  • Vorteile
    • hohe Auflösung
    • große Bilddiagonalen
  • Nachteile
    • geringe Leuchtdchte
    • Streulichtempfindlichkeit
    • großes Gewicht
    • Blickwinlek vertikal eingeschränkt

  • LCD Projektor

  • Drei LCD-Ventile Fu r R, G und B
    ◦ Halogen/Metalldampf-/Xenon-Hochdrucklampen, tlw. auch LEDs werden als Lichtquellen
    verwendet
    ◦ Dichroitisch beschichtete Spiegel zerlegen das Licht in die Farbanteile Rot, Gru n und Blau
    ◦ Modulation der Farbauszu ge durch das zugehörige LCDLichtventil
    ◦ Zusammenfassen der drei Lichtbu ndel uber halbdurchlässige Spiegel oder Kreuzspiegeloptik
    ◦ Abbildung auf die Bildwand durch ein Projektionsobjektiv
    ◦ UV- und IR-Filter zur Verringerung der thermischen Belastung der LCD-Ventile

LCD Projektor Aufbau und Funktion

  • Drei LCD-Ventile Für R, G und B
  • Halogen/Metalldampf-/Xenon-Hochdrucklampen, tlw. auch LEDs werden als Lichtquellen verwendet
  •  Dichroitisch beschichtete Spiegel zerlegen das Licht in die Farbanteile Rot, Grün und Blau
  •  Modulation der Farbauszüge durch das zugehörige LCD-Lichtventil
  •  Zusammenfassen der drei Lichtbündel über halbdurchlässige Spiegel oder Kreuzspiegeloptik
  •  Abbildung auf die Bildwand durch ein Projektionsobjektiv
  •  UV- und IR-Filter zur Verringerung der thermischen Belastung der LCD-Ventile
  • Mikrolinsen zur Erhöhung der Lichtausbeute

DLP Projektor

  • passive Lichtventiltechnik basierend auf DMDs
  • mehr als 50% Marktanteil bei Frontprojektionen
    • kleine spiegel sind als Pixelarray angeordnet
    • spiegel können +-10° gekippt werden

Aufbau Mikrospiegel

siehe Bild

DLP Projektionen Vor und Nachtele

Vorteile:
► kompakte Bauweise
► sehr gute Bildqualität (Helligkeit, Kontrast), insbesondere bei 3 Chip-
Projektoren, geeignet für Kino-Projektion
► Gute Farbwiedergabe bei 3 Chip-Systemen
► Mittlere bis hohe Auflösung
Nachteile:
► Farbsäume bei schnellen Bewegungen (1 Chip-Projektoren)
► Derzeitige maximale horizontale Auflösung 2k

Laser Projektor

Prinzip:

  • Bildern/Videos werden durch einen abgelenkten Laserstrahl auf beliebige Oberflächen „geschrieben“
  •  Vorteile: nahezu unbegrenzte Schärfentiefe, extrem hoher Kontrast (50000:1), erweiterter RGB-Farbraum
  • Einsatzgebiete:
    ► Sichtsysteme in Simulatoren
    ► Planetarien
    ► Anwendungen im Virtual Reality Bereich
  • Die Horizontalablenkung erfolgt mit einem Polygonscanner
  • Die Drehfrequenz beträgt 2,0 kHz.
  • Die Zeilenablenkfrequenz liegt bei 48 kHz.
  • die Vertikalablenkung erfolgt durch ein Galvanometerscanner