Universität Dortmund Seminar "Moderne Displaytechnik" (07.02.2002) LC-Direktsicht-Displays und LCD-Projektoren Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik

Universität Dortmund

Seminar "Moderne Displaytechnik" (07.02.2002)

LC-Direktsicht-Displays und LCD-Projektoren

Fakultät für Elektrotechnik und

Informationstechnik

Lehrstuhl für Kommunikationstechnik

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays

Axel [email protected]

LCDs in der Anwendung

Folie 2Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Inhaltsübersicht

LC-Direktsicht-Displays

• Aufbau und Funktionsweise- CCFL Backlight

- Messgrößen

- Messverfahren

• Entwicklung- Anfänge

- Größe

- Preis

- Hersteller

• Vor- und Nachteile- Vergleich LCD CRT

- Pixelfehler

• Ausblick

LCD-Projektoren

• Aufbau und Funktionsweise- Poly-Si LCD, UHP-Lampe

- Messgrößen

- Messverfahren

• Entwicklung- Gewicht, Auflösung

- Preis

- Helligkeit



Aufbau eines LCD-Panel

Glas-Platten

Flüssigkristalle

+ Farbfilter

Hintergrundbeleuchtung

Diffusor

TransmissivePolarisierer

Reflektor



CCFL Backlight

CCFL Cold Cathode Fluorescent LampKKL Kaltkathodenlampe

Kalte Elektrode Phosphor-Leuchtstoff

Freie ElektronenHg-Atom

• Vorteil: Sehr hohe Effizienz, geringe Größe

• Nachteil: Betrieb bei typisch 750 V, 40 kHzbenötigt DC/AC-Wandler



Messgrößen

• Anpassung der Messgrößen an die Empfindlichkeit des menschlichen Sehapparats

Physikalische Strahlungsgröße Physiologische Größe

Leistung [W] Lichtstrom [lm]

Strahlungsstärke [W/sterad] Lichtstärke [lm/sterad = Candela = cd]

Intensität [W/cm2] Beleuchtungsstärke [lm/m2 = Lux = lx]

Emissionsdichte [W/(sterad cm2)] Leuchtdichte [cd/m2]

• Lichtstrom berücksichtigt DIN-spezifizierte Empfindlichkeits-Spektralkurve mit Maximum bei 555 nm (Grün)

• Candela ist eine SI - Basiseinheit



Display

• Konoskopische Messung

Messverfahren

• Kontrast- Luminanz-Verhältnis schwarzer Pixel / weißer Pixel

Fourier-Linse

Luminanz-Plot

Winkelabhängiger Kontrast:

Kreise im 20°-Abstand



Anfänge

• Erster "Rechner" mit LCD• Reflektives Display,

beleuchtet mit Glühlampe

1972Lloyd's Accumatic 100



Anfänge

• Erstes "Laptop" (DIN A4)• LCD 120x32 Pixel• 0,614 MHz, 16 KB RAM• Kaufpreis 2.000 DM

1981 Epson HX 20



Anfänge

• Erstes PC-kompatibles Laptop, 4.1 kg

• LCD 640 x 200, 9.1" x 4.2"• 80C88 mit 4,77 Mhz,

256 KB RAM• Kaufpreis 7.200 DM

1985Toshiba T1100



Anfänge

• Erstes Laptop mit Farb-Display

• LCD 640 x 400 x 16 Farben• 16MHz 80386SX, 42MB HD• Kaufpreis US$8499

1989NEC ProSpeed CSX



Anfänge

• Erstes Laptop mit TFT-Farb-Display

• LCD 10.4", 640 x 480 x 256

1992IBM ThinkPad 700C



Vorausgegangene Entwicklung

T1100 Thinkpad 700CHX20



Erschwingliche TFT-Displaygrößen

8,4

9,5

10,4

12,1

13,3

14,1

15,1

13,8

15

17

18

20

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

Display-Diagonale in Zoll

Desktop

Laptop

Que

lle:

Deu

tsch

es U

sene

t



Preisentwicklung

Preis für ein 15"-Display in Deutschland

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

DM

Quelle: Deutsches Usenet



Hersteller

Panel-Zulieferer für die Top 10 der LCD-Monitorhersteller Q3/99

21,1

14,2

12,7

12,6

39,4NEC

Samsung

Mitsubishi

LG-Philips

restliche

Quelle: c't 2/2000, S.50



Vor- und Nachteile

CRTLCD

Wesentlich geringereTiefe

Durch die Größe derRöhre bestimmt, steigtmit Vergrößerung derDiagonalen

Raum-Bedarf

Verzeich-nung

Aufgrund fester Pixelmatrixverzeichnungsfrei

Kissen-, Trapez-, Neigungs-,Parallelogramm-Verzeichnungdurch Ablenkung desElektronenstrahls

Farb-wiedergabe

Schlechtere Sättigung durchnichtideale Farbfilter undSpektrum der Hintergrund-Beleuchtung

Sehr exakt, völlig Blickwinkel-unabhängig



Vor- und Nachteile

CRTLCD

Frei von äußeren StörungenStör-Empfind-lichkeit

Auflösung

Auflösung durch Pixelmatrixvorgegeben, niedrigereAuflösungen müssen vergrößertund interpoliert werden

Keine feste Zuordnung der Bildpunkte, maximale Auflösung nur vom Abstand der Blenden-maske abhängig

FlimmernDirekte Ansprache der Pixel, daher keinerlei Flimmern

Geringe Nachleuchtdauer, hohe Bildwiederholfrequenz erforder-lich, da sonst Bildaufbau als Flimmern wahrgenommen wird

Sehr empfindlich für äußereelektrische Felder, reagiert mitFlimmern, Streifen etc.



Vor- und Nachteile

CRTLCD

Nahezu emissionsfreiEmissionen

Energie-Verbrauch

Mit durchschnittlich 45 Watt deutlich sparsamer

Durchschnittlich 100 Watt

Strahlung durch Elektronen-strahlröhre und Ablenkspulen, in geringem Maße auch Röntgen-Strahlung

PreisZur Zeit noch ca. 3x teurer als ein CRT-Monitor

Gerade durch die LCD-Konkurrenz deutlich gesunken



Pixelfehler

R G B R G B

R G B R G Bideal

R G B R G B

R G R G B

DefekterSubpixel

R G B

R G B R G B

DefekterPixel

R G B R G BR G B R G B

R G B R G B• Sehr große Qualitäts-

Unterschiede• Bislang keine Vergleichbarkeit,

da jeder Hersteller eigene Fehlertoleranzen festlegte

• Anfang 2001: ISO 13406-2- Typ 1: ständig weiße Pixel- Typ 2: ständig schwarze Pixel- Typ 3: defekte Subpixel

Fehlerklasse

I

II

Typ 1 Typ 2 Typ 3

III

IV

0

2

5

50

0

2

15

150

0

5

50

500

Pro Million Pixel



Ausblick

"Zur Jahrtausendwende wird mit einer weitgehendenVerdrängung der herkömmlichen Kathodenstrahl-Bildschirme gerechnet." - bdw 3/95

"Mehr als jeder zweite Bildschirm auf Bürotischenwird 2001 flach sein." - International Data Corporation 1998

Aktueller Marktanteil: ca. 15% (Japan 55%)

• Ausblick auch aufgrund zu erwartender neuer Technologien schwierig

• Totgesagter Röhrenmonitor wird wahrscheinlich aufgrund stark gesunkener Preise noch einige Zeit eine Rolle spielen



Projektoren



Aufbau eines LCD-Projektors

Lampe

Linsen-System

Spiegel

Polarisator

DichroitischerhalbdurchlässigerSpiegel

Linsen-System

Zu

r L

ein

wa

ndLCD

Prisma

LCD



Poly-Si LCD, UHP-Lampe

18"0.9"

• Poly-Si-Technologie- ermöglicht enorme

Verkleinerung

• Auflösungen:- 800 x 600 (SVGA)- 1024 x 768 (XGA)

• Ultra High Performance (UHP) Lamp- Hochdruck-Gasentladungslampe- Extrem hohe Leuchtdichte- Entwickelt von Philips, in den meisten

Projektoren eingesetzt



Messverfahren

ANSI-Lumen

• Mittelung über 9 Messpunkte- berücksichtigt Helligkeitsverteilung



Entwicklung

Datum 12/1996 01/2000

Hersteller

01/2002

Polaroid Toshiba Sanyo

PolaView 305Typ

Display

Lichtstrom

Gewicht

Preis

TLP651E PLC-XU30

a-Si 3x p-Si 3x p-Si

300 ANSI-Lumen 1100 ANSI-Lumen 1400 ANSI-Lumen

14,3 kg 4,4 kg 3,9 kg

22 900 DM 17 300 DM 9 900 DM

XGA-Projektoren



Übersicht

LC-Direktsicht-Displays

• Aufbau und Funktionsweise- CCFL Backlight

- Messgrößen

- Messverfahren

• Entwicklung- Anfänge

- Größe

- Preis

- Hersteller

• Vor- und Nachteile- Vergleich LCD CRT

- Pixelfehler

• Ausblick

LCD-Projektoren

• Aufbau und Funktionsweise- Poly-Si LCD, UHP-Lampe

- Messgrößen

- Messverfahren

• Entwicklung- Gewicht, Auflösung

- Preis

- Helligkeit



Quellennachweis

Quellennachweis nach Foliennummer:

1. -2. -3. http://chemweb.calpoly.edu/chem/gragson/Teaching/chem446/WebReports/TFT/images/layer1.jpg4. http://www.palmzip.de/backlight/d/kkl-prinzip-d.htm5. c't 12/2000, S. 1646. c't 6/1998, S. 207; Kontrast-Bild c't 4/1999, S.367. http://www.vintagecalculators.com/html/lloyd_s_accumatic_100.html8. http://www.computer-archiv.de/

Bild von http://www.zock.com/8-Bit/HX20.JPG9. http://www.computer-archiv.de

Bild von http://www.toshiba-europe.com/computers/products/notebooks/t1100/images/pp_t1100.jpg10. http://www.zdnet.co.uk/news/specials/2001/08/pc20/1986-1990.html

Bild von http://www.geocities.com/wd4mei/prospeed.jpg11. http://www.mobileinsights.com/html/membersonly/articles/Displays/Displays.htm

Bild von http://www.idsa.org/resources/innovation_online/summer98/images/thinkpad.jpg12. Bild der Wissenschaft 3/1995, S. 713. Querschnitt aus Preislisten und Postings, extrahiert aus allen deutschen Newsgroups via

http://groups.google.com/advanced_group_search14. Siehe 13., weiterhin c't 11/2001, S. 132; BdW 6/1999, S. 4615. c't 2/2000, S. 5016. http://www.luk-nrw.de/praev/thema_01_07.asp17. siehe 16.18. siehe 16.19. http://www.zdnet.de/produkte/artikel/display/200107/tft05-wc.html20. BdW 3/1995, S. 6; BdW 5/2001, S. 104; c't 21/2001, S. 7221. siehe 5.22. siehe 5.23. http://www.research.philips.com/password/pw7/pw7_4.html24. siehe 5.25. c't 12/1996, "Lichtschleudern"; c't 1/2000, S.42; http://www.avp-inc.com/specs_PLC-XU30.htm26. -27. -

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