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Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Introdução à Tecnologia LCD
Elaborado por:
-Alexandre Hoshiba
-Manuel Costa
-Mauricio Rizzi
Introdução ao LCD
Objetivos:
Prover conhecimentos sobre os princípios de funcionamento da
tecnologia LCD assim como seus principais features.
SBR - Technical Training
Itens a serem Abordados:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Termos utilizados
Princípios do LCD
Estrutura do painel LCD
Driving Circuit Unit
O que é S-LCD?
Comparativo CRTxLCD
Princípios do 3LCD
Tecnologia DLP
Comparativo 3LCDxDLP
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Resolução do Display
É o número de pontos ou pixels alinhados no painel
Quanto maior o #, mais detalhada é a reprodução de imagem
# Indica o número de pontos horizontais e verticais
VGA = 640*RGB*480
SVGA = 800*RGB*600
XGA =1,024*RGB*768
WXGA =1366*RGB*768
B sub pixel
G sub pixel
768
pixels
1pixel contém
3 sub pixels
R sub pixel
SBR - Technical Training
1366 pixels
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Tempo de resposta
(# = tempo em ms)
Quanto menor o #, mais rápido é o tempo de resposta.
O sinal de vídeo do DVD é composto de 30 quadros/sec.
- 1/30 sec.=33.3 ms
Todo
Preto
Todo
Tempo de
resposta (ms.)
Branco
SBR - Technical Training
Todo
Preto
Se o tempo de resposta é maior de 33.3 ms, você irá notar a tela borrada ao decorrer
das imagens
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Contraste
É a relação entre Preto e Branco
Quanto maior o #, mais viva é a reprodução de imagem
Painel A possui maior Contraste que o Painel B
Painel A
SBR - Technical Training
max.
branco
(1000)
max.
preto
(1)
Contraste: 1000:1
Painel B
max.
branco
(500)
max.
preto
(5)
Contraste: 100:1
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Cromaticidade
É o número de steps entre as cores
Quanto maior o #, mais detalhada é a reprodução da imagem
bpp (bit por pixel)
Tipicamente 8bpp=256 cores
16bpp=65,536 cores
32bbpp=16,777,216 cores
SBR - Technical Training
Número de steps
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Brilho
É a quantidade de luz visível partindo de um ponto do display
Unidade de brilho = cd/m2
Quanto maior o #, maior o brilho do display
1cd/m2 = aproximadamente o brilho de 1 vela
Na especificação, este item indica quando o display está todo branco
SBR - Technical Training
1cd/m2
1㎡
Introdução ao LCD
Termos utilizados
• Ângulo de Visão
É o ângulo onde a relação de contraste chega a 10:1
Indicada em graus. Pode ser medida na vertical (superior e inferior) e na horizontal
(direita e esquerda)
Por exemplo: L/R/U/D = 170 graus
SBR - Technical Training
170°
10:1
Contrast:
800:1
10:1
Introdução ao LCD
Termos utilizados
Tenha sempre em mente ……..
# a especificação pode gerar confusões, devido a:
Marca A
Marca B
Mesmo Número Ângulo de visão:
Ângulo de visão:
170 graus
170 graus
Contraste Máximo
Melhor
performance
Contraste 10:1
-90
Ângulo de visão
SBR - Technical Training
+/-45 graus
+90
-90
Ângulo de visão
+90
+/-45 graus
# pode ser fabricado e manipulado de diversas formas.
O padrão utilizado pela Sony é concreto #; não existem outras formas de medição
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
O LCD é uma tecnologia transmissiva. O display
trabalha variando quantidades de luminosidade
branca (Backlight) de intensidade fixa através de um
filtro ativo. Os elementos vermelhos, verdes e azuis
de um pixel são conseguidos após a luz branca ser
filtrada.
SBR - Technical Training
A maioria dos cristais líquido são compostos orgânicos onde, em seu estado natural,
arranjam-se em uma forma não alinhada.
É possível controlar precisamente o alinhamento destas
moléculas depositando o cristal líquido ao longo de uma
superfície finamente sulcada. O alinhamento das
moléculas segue os sulcos, caso os sulcos estiverem
exatamente paralelos, então o alinhamento das moléculas
se torna também exatamente paralelo.
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
Três itens são requeridos para um display LCD funcionar:
• Fonte de luz (backlight)
• Polarização da fonte de luz
• Cristais líquidos para manipular a polarização da luz
O princípio dos displays de LCD é baseado nas propriedades de
polarizar os filtros e a luz próprios. As ondas de luz naturais são
orientadas em ângulos aleatórios. As linhas do polarizador agem
como uma rede, obstruindo todas as ondas de luz aparte daquelas
paralelamente orientadas às linhas.
SBR - Technical Training
Um segundo filtro polarizador com linhas perpendiculares (em 90
graus) ao primeiro conseqüentemente obstruiria totalmente a luz
já polarizada.
A luz passaria somente através do segundo polarizador se suas
linhas estivessem exatamente paralelas com as primeiras, ou se a
própria luz fosse girada para combinar o segundo polarizador.
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
SBR - Technical Training
Um display de cristal líquido do tipo twisted nematic
(TN) consiste em dois filtros polarizadores com suas
linhas perpendicularmente arranjadas (em 90 graus),
que, como descrito acima, obstruiriam completamente
toda a luz que tentar passar. Porém entre estes
polarizadores estão os cristais líquidos girados.
Conseqüentemente a luz é polarizada pelo primeiro
filtro, girada em 90 graus pelos cristais líquidos,
permitindo finalmente que passe completamente
através do segundo filtro polarizador.
Entretanto, quando uma tensão elétrica é aplicada através do cristal líquido, as moléculas se
realinham verticalmente, permitindo que a luz passe sem distorção mas sendo obstruída pelo
segundo polarizador.
Conseqüentemente, nenhuma tensão significa a passagem completa de luz, enquanto
que tensão aplicada significa nenhuma luz emergindo no extremo oposto.
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
TFT – LCD
( Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)
Muitas companhias adotaram a
tecnologia do transistor de película
fina (TFT) para melhorar a qualidade
de imagens coloridas.
Color filter substrate
Polarizing plate
Common electrode
(ITO)
SBR - Technical Training
Em uma tela de TFT, conhecida
também como matriz ativa, uma matriz
extra de transistores é conectada ao
painel do LCD - um transistor para
cada cor (RGB) para cada pixel.
Estes transistores controlam os
pixels, eliminando em parte os
problemas de formação da imagem e
da velocidade lenta de resposta que
afeta os LCDs non-TFT.
L/C
Alignment layer
TFT Array substrate
Pixel electrode
(ITO)
Polarizing plate
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
TFT – LCD
( Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)
Os elementos de cristal líquido de cada pixel são arranjados de modo que em seu estado
normal (com nenhuma tensão aplicada) a luz proveniente do filtro passivo seja polarizada
“incorretamente” e assim obstruída.
SBR - Technical Training
Porém quando uma tensão for aplicada
através dos elementos de cristal líquido,
estes giram até 90 graus em proporção à
tensão, mudando sua polarização e
deixando a luz passar completamente.
Os transistores controlam o grau do giro
do cristal líquido e a intensidade dos
elementos vermelhos, verdes e azuis de
cada pixel que dá forma à imagem no
display.
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Criação de Cor
Backlight =Fonte de Luz
Polarizador & Cristal Líquido
Filtro de Cor
SBR - Technical Training
Painel de Vidro
=Proteção
Imagem Final
= Cores
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Criação de Cor
SBR - Technical Training
B sub pixel
G sub pixel
Filtro de
Cor
R sub pixel
O alinhamento das moléculas de Cristal Líquido controla a passagem de luz por cor
1pixel contém
3 sub pixels
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• In-Plane Switching (IPS)
SBR - Technical Training
Em uma exposição padrão do TFT quando uma
extremidade do cristal é fixa e uma tensão é
aplicada, o cristal distorce-se, mudando o ângulo de
polarização da luz transmitida. Um ponto negativo
da tecnologia básica do TN é que o alinhamento das
moléculas do cristal líquido altera o posicionamento
das moléculas que estão fora do eletrodo.
Com o IPS, os cristais são preferencialmente
horizontais do que verticais, e o campo elétrico é
aplicado entre cada extremidade do cristal. Isto
melhora os ângulos de visão consideravelmente, mas
significa que são necessários dois transistores para
cada pixel.
Off State
On State
Ambos eletrodos no mesmo substrato
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• PVA (Amplo Ângulo de Visão)
Características Gerais do Ângulo de Visão
Sem mudanças
em cores
SHUTTER
Aberto
SHUTTER
Fechado
SHUTTER
Metade-Aberto
Com mudanças
em cores
Um melhor ângulo de visão em escalas de cinza pode ser conseguido utilizando
uma combinação de Branco (=aberto) e Preto (=fechado)
SBR - Technical Training
Atual PVA
“um segmento por
sub-pixel”
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• PVA (Amplo Ângulo de Visão)
Características Gerais do Ângulo de Visão
Sem mudanças
em cores
SHUTTER
Aberto
OFF – Normally Black
SBR - Technical Training
SHUTTER
Metade-Aberto
SHUTTER
Fechado
ON
Electrode Patterning & Fringe Fields
Com mudanças
em cores
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Burn-In
ＰＤＰ
SBR - Technical Training
Se um certo pixel for usado mais
que os outros pixels, este se
desgastará mais do que os
outros.
=burn-in
ＬＣＤ　(ＣＣＦＬ）
A utilização de Lâmpadas Fluorescentes
permite uma distribuição melhor da luz
entre os pixels.
LCD é iluminado pelo backlight,
por isso não possue desgaste por
pixel, não existe burn-in!
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
Imagem nítida em movimento pela insersão de quadro negro
Brightness
LCDs covencionais
・TVs CRT são displays do tipo
“impulso”, onde possuem um quadro
negro entre quadros
=livre de borrão
・Os LCDs comuns tem a imagem
mostrada consecultivamente
=imagem borrada
Frame
Time
Brightness
Black Insertion LCDs
Frame
Black
Data
Insertion
SBR - Technical Training
Time
image from Hitachi Displays HP
・Para prover imagem em movimento
com qualidade, um quadro negro é
inserido entre dois quadros de forma
a reduzir os borrões causados pelo
movimento da imagem
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Backlight
• Lamp CCFL-> Fonte de luz
• Reflector sheet-> A luz é refletida até a tela frontal
• LGP ( Light guide plate )-> Distribui uniformemente a luz, evita que se concentre nos lados
• Diffuser sheet-> Incrementa o ângulo de visão, reduz o color shift
• Prism sheet-> Concentra a luz no centro da tela
Luminance
LCD Panel ( TFT + LC + CF )
SBR - Technical Training
Prism sheet
Diffuser sheet
Lamp CCFL ( Cold Cathode
Fluorescent Lamp )
LGP ( Light guide
plate )
Reflector sheet
Prism sheet
Diffuser sheet
LGP ( Light guide
plate )
Viewing
angle
Introdução ao LCD
• Backlight
Cold Cathode Fluorescent Light
CCFL
Desvantagens:
Mercurio (Hg)
Delicado – Aumento de tamanho
Alta Voltagem – Requer inversor
Æ Blindagem EMI
Gama de Cores
Tempo de vida - 50,000 hrs (?)
Não pode ser substituído
Vantagens:
SBR - Technical Training
Eficiência ~ 60 lm/W
Custo
Light Emitting Diodes
LEDs
Vantagens:
Rápido On/Off
Gama de Cores
Seguro – Environmental & rugged
Baixa Voltagem
Tempo de Vida
Desvantagens:
Custo
Eficiência ~ 40 lm/W
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Placa Inversora
Principais Funções :
• Tensão de Start up
• Controle do Backlight ON/OFF
SBR - Technical Training
• Proteções
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Burn-In
SBR - Technical Training
Exemplo de um PDP com efeito Burn-in (texto)
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
Maior
ção=Melhor qualidade
Maior resolu
resolução=Melhor
qualidade de
de imagem
imagem
1,366 pixels*
VGA(640 x 480)
768 pixels
SBR - Technical Training
*19”: 1280 x 768pixels
1 Mega Pixel
(1366 x 768)
imagem
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
Tecnologia
Tecnologia de
de Aprimoramento
Aprimoramento de
de Imagem
Imagem
Integrada
nico IC
Integrada em
em um
um úúnico
IC
Analog
Signal
Digital
Signal
A/D
A/D
Converter
Converter
A
D
D
Wide-range
Gradation
Converter
(HD)
(SD)
3D
Comb
Y/C
Filter
Image
Image
Capture
Capture
Wide-range
Gradation
Converter
Color
Color
Processor
Processor
Black
Corrector
Green /
White
Enhancer
I/P
I/P
Converter
Converter
Panel
Panel
Driver
Driver
Motion
Adaptive
I/P
Converter
Gamma
Corrector
3D NR
SBR - Technical Training
Full Digital Processing
D
LCD
Panel
LCD
Kicker
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
Benefícios do Full Digital 1-Chip Video Processor
Wide-range Gradation
Converter
SBR - Technical Training
Expresses wide gradation
Full Digital
1-chip
Video
Processor
Motion Adaptive
I/P Converter
Reduces flickers in
fast-moving pictures
3D Comb Y/C Filter
3D NR
Decreases cross color,
dot crawl and moiré
Reduces noise
pixel by pixel
Black
Corrector
Enhances contrast
Green / White
Enhancer
Changes green color greener,
white to bluish white
for vivid images
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
3D
3D Comb
Comb Y/C
Y/C Filter
Filter
2D Comb Y/C Filter
3D3D
Comb
Y/C
Filter
Comb
Y/C
Filter
Compara a diferença entre
as linhas adjacentes
Compara a diferença entre
o quadro anterior e subsequente,
assim como as linhas adjacentes
Imagem Original
1 linha
SBR - Technical Training
1
Quadro
Quadro
anterior
Resultado
Ruído em
torno das
linhas
diagonais
Quadro
atual
Resultado
Próximo
quadro
Sem
ruído!!
Introdução ao LCD
Princípios do LCD
• Sensor de Luz
SBR - Technical Training
Ajusta
Ajusta Automaticamente
Automaticamente oo Brilho
Brilho
de
de Acordo
Acordo com
com aa Luz
Luz Ambiente
Ambiente
para
tima Qualidade
para uma
uma Ó
Ótima
Qualidade de
de Imagem
Imagem
Sensor de Luz
Light Sensor: on
Light Sensor: off
Light Sensor: on
Light Sensor: off
Introdução ao LCD
• Wega Gate
Princípios do LCD
SBR - Technical Training
O botão WEGA GATE permite que sejam feitas uma variedade de tarefas intuitivamente
através de um simples painel de controle. Este guia On-Screen permite acesso direto aos
canais favoritos, antena/cabo, entradas externas, câmera digital e ajustes do TV.
Show your Favorite Channels
Controle Remoto
Permite que vc mantenha os olhos na tela
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Estrutura do Painel
de LCD
Introdução ao LCD
Driving Circuit Unit
(2) Driving Circuit Unit
(1) Painel LCD
Filtro de Cor
Substrato
Matriz TFT
Substrato
SBR - Technical Training
Chassis
Lâmpada
(3) Unidade do Backlight
& Chassis
LGP
Introdução ao LCD
Driving Circuit Unit
• Endereçamento do Painel
)
Pixel electrode
Data
Gate
SBR - Technical Training
Analog
Common electrode
Gate drive
One Pixel
Source driver
)
Introdução ao LCD
Driving Circuit Unit
• Endereçamento do Painel
SBR - Technical Training
Red
= 8 bits ( 256 levels )
Green = 8 bits ( 256 levels )
Blue
= 8 bits ( 256 levels )
Display Colors = 256 x 256 x 256 = 16.7 M
SBR - Technical Training
Introdução ao LCD
Introdução ao LCD
O que é “S-LCD”?
Joint venture formada pela Samsung Electronics Co. Ltd. e Sony Corporation dedicada a
manufatura de painéis TFT LCD para TVs de LCD
LCD FAB (Panel) and Office
SBR - Technical Training
Gate
Nome da Compania:
Estabelecimento
:
Localização
:
Produtos
:
Capacidade
:
Module
Cafeteria
Mostra a evolução do:
- Tamanho do painel /Geração
- Quantidade de produção
- Qualidade de imagem
“S”
- “S” de Samsung e Sony
- União dos dois “S”s
S-LCD Corporation
26 de abril de 2004
Tangjeung-myun, Asan-si, Chungcheongnam-do, Republic of Korea
Amorphous TFT LCD Panel
60,000 peças/mês
7th Geração (1,870 x 2,220 mm)
SBR - Technical Training
Introdução ao LCD
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
MDPJ
CPJ
Lentes
Lâmpada
Lentes
SBR - Technical Training
CRT
Lâmpada
Painel
(3LCD)
3CRT
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
Reflexivo　Transmissivo
SBR - Technical Training
Material
Cristal
Líquido
LCD Panel
Prisma
Painel LCD
LCD
LCoS
Luz
Espelho
Imagem
Espelhos
DLP
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
Espelho
(RGB combinado)
Imagem
Processamento do Sinal
Prisma
SBR - Technical Training
Lâmpada
Unidade Ótica
Dispositivo do Painel
SBR - Technical Training
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Introdução ao LCD
Introdução ao LCD
Estrutura Básica do 3 LCD
LCD
LCD
SBR - Technical Training
LCD
Espelho “Dichroic”
Espelho “Dichroic”
Espelho
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
SBR - Technical Training
UHP – Lâmpada (Ultra High Pressure)
A lâmpada fornece uma fonte de luz constante.
KF-42/50WE
100W UHP Lamp (???)
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
Lâmpada UHP
Espectro de Radiação
発光強度
Pure Xenon Lamp
UHP Lamp
Sun Light
Sun
Xenon
400
450
500
550
600
650
700
Wavelength（nm）
SBR - Technical Training
Raio Ultravioleta
Invisível
Raio Infravermelho
Visível
Invisível
A lâmpada UHP é mais brilhante com baixo consumo de energia.
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
Espelho “Dichroic” (1)
Espelho “Dichroic” (2)
Espelho Dichroic (1)
SBR - Technical Training
•Reflete a luz “R”
•Passa a luz “G e B”
Espelho Dichroic (2)
•Reflete a luz “G”
•Passa a luz “B”
• A luz branca é dividida em raios vermelhos, verdes e azuis pelo espelho “dichroic”.
• O primeiro espelho “dichroic” reflete os raios vermelhos enquanto deixa passar os raios
verdes e azuis.
• Então, os raios verdes são refletidos pelo segundo espelho “dichroic”.
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
SBR - Technical Training
Três painéis LCD são utilizados para cada sinal R, G e B.
Os painéis LCD controlam a quantidade de luz que passa
através de cada ponto.
Isto produz luz e máscara.
Introdução ao LCD
Princípios do 3 LCD
SBR - Technical Training
Prisma “Dichroic”
Depois do painel LCD, as 3 cores são combinadas pelo prisma “dichroic”.
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Tecnologia DLP
Introdução ao LCD
Estrutura Básica do DLP
DLP
Espelho
Tela
Processamento do Sinal
Painel
SBR - Technical Training
Unidade Ótica
Lâmpada
Lentes de Projeção
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Estrutura Básica do DLP
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
Estrutura Básica do DLP
B
G
R
Quando você pisca ou move seus olhos ou a imagem se move rápido, os olhos
humanos não conseguem combinar o RGB perfeitamente.
Introdução ao LCD
Comparativo 3LCD x DLP
X3
SBR - Technical Training
imagem
diagrama
imagem
diagrama
Introdução ao LCD
Comparativo 3LCD x DLP
X3
diagrama
diagrama
imagem
imagem
Natural!
diagrama
SBR - Technical Training
diagrama
combinado pelo Prisma
Color Breaking
combinado pelo olho humano
Introdução ao LCD
Sistema de Telas do Grand Wega
Espelho
Tela 3LCD
SBR - Technical Training
Tela Lenticular
Tela de Fresnel
Introdução ao LCD
Sistema de Telas do Grand Wega
Tela 3LCD
Espelho
SBR - Technical Training
Black Stripe
Tela Lenticular
Espelha a luz
Super Fine pitch <98μm>
Tela de Fresnel
Realiza o foco da luz
■A tela decide o ângulo de visão (vertical e horizontal).
■”Super Fine Pitch” contribui para uma alta resolução.
■”Black Stripe” contribui para uma alta relação de contraste
Introdução ao LCD
Comparativo LCD x CRT
SBR - Technical Training
• LCDs seguem uma série de regras diferentes do que os
displays CRT, que oferecem vantagens em termos de volume,
consumo de potência e de cintilação, assim como geometria
perfeita. Por outro lado tem a desvantagem de um preço mais
elevado, menor ângulo de visão e pior desempenho na
reprodução de cor.
• Enquanto os CRTs são capazes de mostrar uma escala de
resoluções e auto-ajustar a imagem à tela, um painel LCD
tem um número fixo de células de cristal líquido e pode
indicar somente uma definição no tamanho full-screen usando
uma célula por pixel. Baixas resoluções podem ser
encontradas usando somente uma proporção da tela.
Introdução ao LCD
Comparativo LCD x CRT
Ao contrário dos monitores CRT, a
medida diagonal de um monitor de LCD
é a mesma que a área visível, assim
não há nenhuma perda da polegada
tradicional atrás da placa dianteira ou
da moldura do televisor.
SBR - Technical Training
A combinação faz com que todo LCD
seja 2 a 3 polegadas maior que um
display CRT
Introdução ao LCD
Comparativo LCD x CRT
SBR - Technical Training
• Não há problemas de convergência em um painel LCD, porque cada célula é comutada
“on” e “off” individualmente.
• É possível que uma ou mais células no painel do LCD tenham defeito. Em um monitor
1024 x 768, há três células para cada pixel - uma para vermelho, verde, e o azul que atingem quase 2.4 milhão de células (1024 x 768 x 3 = 2.359.296).
• Há somente uma pequena possibilidade de que todas estarão perfeitas; mais
provavelmente, algumas estarão furadas (criando um ponto brilhante) ou desligas
(resultando em um ponto escuro).
Introdução ao LCD
Comparativo LCD x CRT
SBR - Technical Training
• E os padrões finos tais como imagens
detalhadas podem criar os padrões de
interferência como imagem trêmula.
• Os problemas de ângulo de visão em LCDs podem
ocorrer porque a tecnologia é um sistema
transmissivo, que trabalha modulando a luz que passa
através do display, enquanto CRTs utilizam tecnologia
emissiva.
Introdução ao LCD
SBR - Technical Training
OBRIGADO!!!
CSD – Technical Support & Training
2005