BADANIA WYŚWIETLACZY TELEFONÓW

Transkrypt

1 Y (µm) X (µm) BADANIA WYŚWIETLACZY TELEFONÓW MICHAŁ FILIPIUK I GRZEGORZ FILIPIUK POD OPIEKĄ PIOTRA KAŹMIERCZAKA PRZEDMIOT BADAŃ Nasze badania zostały poświęcone zbadaniu wyświetlaczy telefonów komórkowych. Poświęciliśmy naszą pracę badaniu trzech aspektów: ilości wyświetlanych przez ekran kolorów, polaryzacji światła i kątowi widzenia. 10 µm Rysunek 1: Rozkład pikseli w wyświetlaczu telefonu TELEFON Przebadanym telefonem we wszystkich doświadczeniach byłgalaxy S firmy Samsung, będący wyposażony w wyświetlacz Super AMOLED (Active-Matrix OrganicLight- EmittingDiode). Zdjęcie z mikroskopu optycznego badanego wyświetlacza pokazuje Rys 1. Nazwę AMOLED można rozwinąć i wytłumaczyć następująco: trzy końcowe litery akronimu LED oznaczają, że piksele zbudowane są z emitujących światło półprzewodnikowych diod, które emitują promieniowanie pochodzące z rekombinacji elektronów w materiale typu N i dziur z materiału typu P. W zależności od użytych materiałów możemy zmieniać długości fal świetlnych, co pozwala nam na uzyskanie wielu kolorów. Rozwinięciem tej technologii jest Rysunek 2: Schemat OLED: 1 katoda ( ), 2 warstwa emisyjna, 3 emisja promieniowania, 4 warstwa przewodząca, 5 anoda (+) (1) OLED (Rys 2.) - czyli diody zbudowane z półprzewodników organicznych (np. z polimerów), które są łatwe w produkcji i efektywniejsze w świeceniu. Z kolei nazwa AMOLED dodaje kolejne litery AM(Active-Matrix) oznaczające oparcie sieci pikseli OLED na tranzystorze cienkowarstwowym TFT, który pozwala na sterowanie każdym pikselem z osobna.

2 MODEL RGB Badany wyświetlacz jestoparty o model RGB. Oznacza to, że tworzy każdą barwę jako kombinację trzech barw podstawowych: czerwonej (ang. Red), zielonej (ang. Green) i niebieskiej (ang. Blue). PIERWSZE DOŚWIADCZEN IE Pierwszym przeprowadzonym przez nas doświadczeniem była próba pomiaru głębi koloru wyświetlacza telefonu. Głębia koloru jest to zdolność do wyświetlania wielu odcieni różnych barw podstawowych.im więcej możemy ich wyświetlić, tym więcej różnych kombinacji będziemy mogli uzyskać. Najpowszechniejszą jest głębia tzw. 24-bitowa, czyli zapisująca każdy układ barw za pomocą 24 bitów. Na każdy kolorpodstawowy przypada 8 bitów, więc każdy z nich może wyświetlać:2 8 = 256 różnych odcieni danego koloru. W związku z tym mamy możliwość wyświetlenia łącznie256 3 = różnych kombinacji. Jest to więcej niż jest w stanie rozpoznać ludzkie oko, które rozróżnia ponad 10 milionów kolorów(2) Rysunek 3: Kolor zielony: Rozkład widma(górny rysunek) i jego powiększenie(dolny rysunek) optycznych spektroskopu. Do przeprowadzenia badań użyliśmy Dokonywaliśmy dwóch pomiarów różnych kolorów, różniących się między sobą o jedną jednostkę wartości danej barwy. Świecący telefon był umieszczany pod obiektywem spektroskopu. Następnie zebrane przez aparaturę światło ulegało rozszczepieniu na siatce dyfrakcyjnej spektroskopu. Umożliwiało to zmierzenie natężenia każdej długości światła z określonego zakresu i porównania tych wielkości dla pomiarów obydwu kolorów. Były one powtarzane wielokrotnie by zredukować błędy pomiarowe. Z każdego koloru wybralismy po kilka par kolorów różniących

3 0o się o jedną jednostkę danej barwy. Ograniczenie to wynika zfaktu zbyt dużej ilości możliwych par kolorów. Pary te będą reprezentowały zmiany kolorów w całym widmie. Okazało się, że każda ze zmierzonych przez nas parpokazała widoczną różnicę pomiędzy jednym natężeniem barwy a drugim (przykładowe widma takiej pary pokazane są na Rys 3.). Możemy więc przyjąć z dużym prawdopodobieństwem, że Samsung Galaxy S jest w stanie wyświetlić 24-bitową głębie kolorów. DRUGIE DOŚWIADCZENIE Drugim doświadczeniem było badanie polaryzacji ekranu. Światło jako fala elektromagnetyczna stworzona jest z przenikających się pól elektrycznych i magnetycznych. Polaryzacją światła jest określenie tendencji układania się płaszczyzn tych pól. Jeśli wszystkie Rysunek 4: Porównanie intensywności sygnału dla światła (kolor niebieski) przechodzącego przez polaryzator 0 o (minimum). Kolor niebieski długość fali (nm) fale układają się w jednej płaszczyźnie, to światło jest spolaryzowane. Jeśli płaszczyzny są rozłożone losowo, to światło jest niespolaryzowane. W tym celu dla każdego koloru dokonaliśmy dwa pomiary z polaryzatorem: pierwsze z maksymalną jasnością światła przechodzącego przez polaryzator i drugie, gdzie polaryzator został obrócony o 90 o w stosunku do pierwszego pomiaru (wtedy natężenie przechodzącego światła jest najmniejsze). Pomiary te są przedstawione na Rys 4 i pokazują wielokrotną różnicę w wartości natężeń w zależności od ustawienia polaryzatora. Oznacza to, że światło, którym ekran telefonu świeci, jest światłem spolaryzowanym. 0 o 90 o (maksimum) i 90 o TRZECIE DOŚWIADCZENIE Ostatnim badanym aspektem telefonu był kąt widzenia. Im bardziej rośnie kąt, spod którego patrzymyna ekran, tym mniejsze natężenie światła dociera do naszych oczu. Naszym zamiarem było określenie kąta dla którego uznajemy, że obraz staje się już nieczytelny. W tym celu zamontowaliśmy telefon do goniometru na specjalnym wysięgniku. Dzięki temu mogliśmy

4 dokładnie modyfikować kąt. Niestety nie udało nam się wykonać odpowiednich pomiarów. Ze względu na ograniczony czasudało się nam jedynie zaobserwować wyraźny spadek intensywności pomiędzy skrajnymi kątami obserwacji ekranu (80 o i 0 0 ) oraz widoczną różnicę pomiędzy małą zmianą kąta (80 o i 84 0 ), co pokazujemy na Rysunku 5. Kąt widzenia stopnie 80 stopni 0 stopni Rysunek 5: Kąt widzenia wykres natężenia światła w zależności od kąta pod jakim pada światło na powierzchnię ekranu. PODSUMOWANIE Doświadczenie dowiodło, że wyświetlacz danego modelu jest w stanie uzyskać 24- bitową głębię ostrości oraz emituje światło spolaryzowane. Wstępne pomiary kata widzenia pokazały zależność intensywności sygnału od kąta światła padającego. Dokładniejsze dane wymagają jednak wykonania systematyczniejszego pomiaru. Stwierdzono również, że pomiary spektroskopowe są doskonałym narzędziem do badania wymienionych zagadnień. Widać że metody te są na tyle dokladne, że są w stanie rozróżnić blisko 17 mln kolorów. Projekt został zrealizowany na Wydziale Fizyki UW pod opieką Piotra Kaźmierczaka, w ramach programu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Uniwersytet Młodych Wynalazców.

5 Przypisy: 1. ED_schematic.svg 2. Judd, Deane B.; Wyszecki, Günter (1975). Color in Business, Science and Industry. Wiley Series in Pure and Applied Optics (3rd ed.). New York: Wiley-Interscience. p ISBN