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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
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
LCDs in der Anwendung
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
LCDs in der Anwendung
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. -