Introdução à Tecnologia LCD

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Introdução à Tecnologia LCD

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Objetivos:

Prover conhecimentos sobre os princípios de funcionamento da

tecnologia LCD assim como seus principais features.

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

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• 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 1pixel contém 3 sub pixels 1366 pixels 768 pixels

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• 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

Se o tempo de resposta é maior de 33.3 ms, você irá notar a tela borrada ao decorrer das imagens

Tempo de resposta

Todo

_Branco

Todo

Preto

Todo

Preto

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• Contraste

É a relação entre Preto e Branco

Quanto maior o #, mais viva é a reprodução de imagem

max. branco

max. preto

Painel A possui maior Contraste que o Painel B

Painel A

Painel B

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• 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

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• 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

1 ㎡

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•

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

170°

Contrast:

800:1

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Tenha sempre em mente ……..

# a especificação pode gerar confusões, devido a:

Contraste Máximo -90 +90 Ângulo de visão Melhor performance Ângulo de visão Contraste 10:1 Ângulo de visão: 170 graus

Marca A

Marca B

# pode ser fabricado e manipulado de diversas formas.

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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.

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.

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Três itens são requeridos para um display LCD funcionar:

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.

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.

• Fonte de luz (backlight) • Polarização da fonte de luz

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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.

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TFT – LCD

( Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)

Polarizing plate Alignment layer Polarizing plate Pixel electrode (ITO) Common electrode (ITO)

Color filter substrate

TFT Array substrate

L/C

Muitas companhias adotaram a

tecnologia do transistor de película fina (TFT) para melhorar a qualidade de imagens coloridas.

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.

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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.

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.

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Filtro de Cor

= Cores

Painel de Vidro

=Proteção

Imagem Final

• Criação de Cor

Backlight

=Fonte de Luz

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• Criação de Cor

O alinhamento das moléculas de Cristal Líquido controla a passagem de luz por cor

R sub pixel G sub

pixel B sub pixel 1pixel contém 3 sub pixels

Filtro de

Cor

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• In-Plane Switching (IPS)

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

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• PVA (Amplo Ângulo de Visão)

Características Gerais do Ângulo de Visão

Sem mudanças

em cores

Com mudanças

em cores

SHUTTER Aberto SHUTTER Fechado SHUTTER Metade-Aberto

Um melhor ângulo de visão em escalas de cinza pode ser conseguido utilizando

uma combinação de Branco (=aberto) e Preto (=fechado)

Atual PVA

“um segmento por sub-pixel”

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• PVA (Amplo Ângulo de Visão)

Características Gerais do Ângulo de Visão

Sem mudanças

em cores

Com mudanças

em cores

SHUTTER Aberto SHUTTER Fechado SHUTTER Metade-Aberto

Electrode Patterning & Fringe Fields

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• Burn-In

ＰＤＰ

_ＬＣＤ

_{(ＣＣＦＬ）}

A utilização de Lâmpadas Fluorescentes permite uma distribuição melhor da luz entre os pixels.

Se um certo pixel for usado mais que os outros pixels, este se desgastará mais do que os outros.

LCD é iluminado pelo backlight,

por isso não possue desgaste por

pixel, não existe burn-in!

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Imagem nítida em movimento pela insersão de quadro negro

・

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

・

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

image from Hitachi Displays HP

Brightness Brightness Time Time Black Data Insertion Frame Frame LCDs covencionais Black Insertion LCDs

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• 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

Prism sheet Diffuser sheet LGP ( Light guide plate )

Reflector sheet Lamp CCFL ( Cold Cathode

Fluorescent Lamp ) Luminance LCD Panel ( TFT + LC + CF ) Prism sheet Diffuser sheet LGP ( Light guide Viewing angle

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Cold Cathode Fluorescent Light

CCFL

Light Emitting Diodes

LEDs

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:

Rápido On/Off Gama de Cores

Seguro – Environmental & rugged Baixa Voltagem Tempo de Vida Vantagens: Eficiência ~ 60 lm/W Custo Desvantagens: Custo Eficiência ~ 40 lm/W

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• Placa Inversora

Principais Funções :

• Controle do Backlight ON/OFF • Proteções

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• Burn-In

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Maior resolução=Melhor qualidade de imagem

Maior

Maior

resolu

resolu

çã

çã

o

o

=

=

Melhor qualidade

Melhor qualidade

de

de

imagem

imagem

1,366 pixels* 768 pixel s VGA(640 x 480) 1 Mega Pixel (1366 x 768) *19”: 1280 x 768pixels

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Tecnologia de Aprimoramento de Imagem

Integrada em um único IC

Tecnologia

Tecnologia

de

de

Aprimoramento

Aprimoramento

de

de

Imagem

Imagem

Integrada em

Integrada em

um

um

ú

ú

nico

nico

IC

IC

Black Corrector Green / White Enhancer Motion Adaptive I/P Converter Wide-range Gradation Converter

Full Digital Processing

I/P ConverterI/P Converter Color ProcessorColor Processor Image Capture Image Capture Panel Driver Panel Driver Gamma Corrector D D (HD) (SD) Wide-range Gradation Converter _{3D NR} 3D Comb Y/C Filter A/D Converter A/D Converter D

LCD

Panel

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Benefícios do Full Digital 1-Chip Video Processor

Wide-range Gradation

Converter

Motion Adaptive

_{I/P Converter}

3D Comb Y/C Filter

Reduces flickers in fast-moving pictures

Full Digital

1-chip

Video

Processor

Full Digital

1-chip

Video

Processor

3D NR

Decreases cross color, dot crawl and moiré

Green / White

Enhancer

Changes green color greener, white to bluish white

for vivid images

Black

Corrector

Technical

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3D Comb Y/C Filter

3D Comb Y/C Filter

2D Comb Y/C Filter

1 Quadro

1 linha

Compara a diferença entre as linhas adjacentes Resultado Imagem Original Ruído em torno das linhas diagonais

3D Comb Y/C Filter

Quadro

anterior Quadro

atual Próximo quadro

Compara a diferença entre o quadro anterior e subsequente,

assim como as linhas adjacentes

Resultado

3D Comb Y/C Filter

Sem ruído!!

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• Sensor de Luz

Ajusta Automaticamente o Brilho

de Acordo com a Luz Ambiente

para uma Ótima Qualidade de Imagem

Ajusta Automaticamente

Ajusta Automaticamente

o

o

Brilho

Brilho

de

de

Acordo

Acordo

com a Luz

com a Luz

Ambiente

Ambiente

para uma

para uma

Ó

Ó

tima Qualidade

tima Qualidade

de

de

Imagem

Imagem

Light Sensor

Light Sensor: : onon Light Sensor: off

Light Sensor:

Technical

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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

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Estrutura do Painel

de LCD

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(2) Driving Circuit Unit (1) Painel LCD

Filtro de Cor Substrato Matriz TFT Substrato LGP Lâmpada (3) Unidade do Backlight & Chassis Chassis

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• Endereçamento do Painel

)

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• Endereçamento do Painel

Red

= 8 bits ( 256 levels )

Green = 8 bits ( 256 levels )

Blue

= 8 bits ( 256 levels )

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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

Cafeteria Gate

Module

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

Nome da Compania: S-LCD Corporation

Estabelecimento : 26 de abril de 2004

Localização : Tangjeung-myun, Asan-si, Chungcheongnam-do, Republic of Korea

Produtos : Amorphous TFT LCD Panel

Capacidade : 60,000 peças/mês

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CRT

Lentes

Lâmpada

3CRT

Painel

Lentes

MDPJ

_CPJ

Tra ini ng LCD Panel

DLP

LCD

LCoS

Material

Technical Tra ini ng Prisma Espelho Unidade Ótica Lâmpada (RGB combinado) Imagem Processamento do Sinal Dispositivo do Painel

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Espelho “Dichroic”

LCD

LCD

LCD

Technical

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UHP – Lâmpada (Ultra High Pressure)

A lâmpada fornece uma fonte de luz constante.

Tra ini ng 400 450 500 550 600 650 700 Wavelength（nm） 発光強 度

Pure Xenon Lamp UHP Lamp Sun Light

Visível

Espectro de Radiação

Xenon

Sun

Lâmpada UHP

Invisível

Invisível

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Espelho Dichroic (1)

Espelho Dichroic (2)

Espelho “Dichroic” (2)

Espelho “Dichroic” (1)

• 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.

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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.

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Prisma “Dichroic”

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Technical Tra ini ng Espelho Lentes de Projeção

DLP

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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.

Tra ini ng imagem diagrama

X 3

Technical

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Natural!

combinado pelo Prisma

X 3

imagem

diagrama diagrama

combinado pelo olho humano

Color Breaking

imagem

diagrama diagrama

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Tela de Fresnel

Tela Lenticular

Espelho

Tela 3LCD

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Tela de Fresnel

Tela Lenticular

Realiza o foco da luz

Espelho

Espelha a luz

Super Fine pitch <98μm>

Tela 3LCD

Black Stripe

■

A tela decide o ângulo de visão

(vertical e horizontal).

■

_{”Super Fine Pitch” contribui para uma alta resolução.}

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• 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

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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.

A combinação faz com que todo LCD seja 2 a 3 polegadas maior que um

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• 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

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• 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.

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OBRIGADO!!!

CSD – Technical Support & Training