Universität Dortmund Seminar "Moderne Displaytechnik" (07.02.2002)...

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 Siebertme@axelsiebert.de

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

LCDs in der Anwendung

Folie 3Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Aufbau eines LCD-Panel

Glas-Platten

Flüssigkristalle

+ Farbfilter

Hintergrundbeleuchtung

Diffusor

TransmissivePolarisierer

Reflektor

LCDs in der Anwendung

Folie 4Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 5Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 6Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Display

• Konoskopische Messung

Messverfahren

• Kontrast- Luminanz-Verhältnis schwarzer Pixel / weißer Pixel

Fourier-Linse

Luminanz-Plot

Winkelabhängiger Kontrast:

Kreise im 20°-Abstand

LCDs in der Anwendung

Folie 7Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Anfänge

• Erster "Rechner" mit LCD• Reflektives Display,

beleuchtet mit Glühlampe

1972Lloyd's Accumatic 100

LCDs in der Anwendung

Folie 8Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Anfänge

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

1981 Epson HX 20

LCDs in der Anwendung

Folie 9Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 10Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Anfänge

• Erstes Laptop mit Farb-Display

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

1989NEC ProSpeed CSX

LCDs in der Anwendung

Folie 11Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Anfänge

• Erstes Laptop mit TFT-Farb-Display

• LCD 10.4", 640 x 480 x 256

1992IBM ThinkPad 700C

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Folie 12Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Vorausgegangene Entwicklung

T1100 Thinkpad 700CHX20

LCDs in der Anwendung

Folie 13Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 14Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Preisentwicklung

Preis für ein 15"-Display in Deutschland

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

DM

Quelle: Deutsches Usenet

LCDs in der Anwendung

Folie 15Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

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Folie 16Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 17Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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.

LCDs in der Anwendung

Folie 18Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 19Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 20Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 21Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Projektoren

LCDs in der Anwendung

Folie 22Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Aufbau eines LCD-Projektors

Lampe

Linsen-System

Spiegel

Polarisator

DichroitischerhalbdurchlässigerSpiegel

Linsen-System

Zu

r L

ein

wa

ndLCD

Prisma

LCD

LCDs in der Anwendung

Folie 23Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 24Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

Messverfahren

ANSI-Lumen

• Mittelung über 9 Messpunkte- berücksichtigt Helligkeitsverteilung

LCDs in der Anwendung

Folie 25Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 26Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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

LCDs in der Anwendung

Folie 27Lehrstuhl fürKommunikationstechnikProf. Dr. Rüdiger Kays

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. -