WYKŁAD 25 URZĄDZENIA WYŚWIETLAJĄCE SMK 2004 Na podstawie: K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, Warszawa 2001 1. Uwagi ogólne A. Napięcie zasilające i pobór mocy B. Kontrastowość i skala szarości Kontrastowość ile razy obszary rozjaśnione (ON) są jaśniejsze od obszarów nie rozjaśnionych (OFF) Skala szarości zdolność wyświetlacza do dawania nie tylko obrazów o obszarach całkowicie rozjaśnionych (ON) i nie rozjaśnionych (OFF), ale i jaskrawościach pośrednich (liczba różnych odcieni, która może pokazywać wyświetlacz między stanami skrajnymi) liczba kroków zmieniających jaskrawość o czynnik 2, jakie trzeba wykonać, aby przejść od jednego stanu skrajnego do drugiego. C. Czas odpowiedzi Jak szybko wyświetlacz może przejść do stanu rozjaśnionego (ON) lub nie rozjaśnionego (OFF): 50-100 ms zmiana natychmiastowa D. Jasność Wyświetlacze aktywne jaskrawość (luminancja natężenie źródła światła z jednostkowej powierzchni); wyświetlacze pasywne modulacja światła padającego E. Barwa i sprawność Barwa zależy od zasady działania wyświetlacza i od użytych do konstrukcji materiałów: czarno-białe, monochromatyczne, kolorowe. Sprawność wyświetlacza zależy od tego jak skutecznie energia elektryczna przetwarzana jest na optyczną a także od czułości oka na światło. F. Pamiętanie Wyświetlacz ma zdolność pamiętania, jeżeli wyświetlanie pozostaje w stanie ON lub OFF po wyłączeniu napięcia zasilającego. G. Czas życia jak często używany 1
Trwałość wyświetlacza zależy od zasady działania i zastosowanych materiałów chemiczna stabilność, odporność na światło, wodę 2. Reakcja oka Budowa oka ludzkiego siatkówka: pręciki widzenie nocne, czopki (N, C, Z) percepcja barw, widzenie dzienne (fotoreceptory) Zależność względnej czułości oka w funkcji długości fali dla światła jasnego 3. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne LCD Kształty geometryczne cząstek tworzących stany ciekłokrystaliczne: termotropowe, liotropowe 2
Uporządkowanie cząstek w ciekłych kryształach (nie dalekiego zasięgu): chiralne i niechiralne (fazy nematyczna i smektyczna) Przejście od cieczy do ciała stałego przez stan ciekłokrystaliczny a-niechiralny nematyk, b-niechiralny smektyk, c-chiralny nematyk (zależność barwy od temperatury selektywne odbicie światła), chiralny smektyk (w obszarze każdej warstwy stały moment dipolowy) - wyświetlacze Podstawowa struktura wyświetlacza ciekłokrystalicznego Czas odpowiedzi wyświetlacza ciekłokr. ~d 2 d-grubość 3
Wprowadzenie zarysowanych rowków Przełączanie Freedericksza w kryształach nematycznych (TN twisted nematic) ruch elektronów w uprzywilejowanym kierunku: k 2 1. Pole większe od E ( ) c d o 2. E>2Ec 3. Czas odpowiedzi zależy od lepkości U r f [( ) U c 2 1] 1 ; f d k 2 2 4. Zasilanie napięciem zmiennym Wyświetlacz ciekłokrystaliczny działa na zasadzie modulacji światła padającego Ustawienie cząsteczek w komórce ciekłokrystalicznej a) bez przyłożonego napięcia b) z przyłożonym napięciem Typowe wyświetlacze ciekłokrystaliczne: napięcie przełączania 5V, czas odpowiedzi 20 ms w temperaturze 20 o C 4
Działanie wyświetlacza TN a) bez przyłożonego napięcia b) z przyłożonym napięciem Sterowanie wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi. Wyświetlacze segmentowe. Utrzymywanie napięcia stan włączenia, f=1-20 khz. Mała elastyczność zastosowań. Ciekłokrystaliczny wyświetlacz siedmiosegmentowy a) elektrody tworzące wzory segmentów b) przebiegi napięć do bezpośredniego sterowania wyświetlaczem 5
Wyświetlacze mozaikowe (siatka pikseli znaki, grafika, obraz video) a) rozmieszczenie elektrod b) element przełączający umieszczony przy każdym pikselu Wyświetlacze ferroelektryczne: Przełączanie komórki ferroelektrycznej polem elektrycznym charakter bistabilny, szybkie przełączanie - s 4. Wyświetlacze luminescencyjne: (katodoluminescencja, elektroluminescencja) wysokie napięcie Budowa lampy elektronopromieniowej. Barwy trzy oddzielne działa elektronowe do trzech barw: N, C, Z zmiana względnej jaskrawości trzech barw podstawowych 6
Budowa ekranu pokrytego luminoforem ZnS:Ag, YOS:Eu, Tb, ZnCdS:Cu Sposób uzyskiwania obrazu barwnego Budowa rozproszeniowego zmiennonapięciowego wyświetlacza elektroluminescencyjnego Cienkowarstwowy wyświetlacz elektroluminescencyjny (ELD i LED) do materiału półprzewodnikowego przykłada się pole elektryczne 7
a) budowa wyświetlaczy z diodami elektroluminescencyjnymi Rozmiar wyświetlacza LED ograniczony koniecznością użycia warstwy pojedynczego kryształu; wyświetlacze monolityczne 8
Hybrydowy wyświetlacz LED siedmiosegmentowy 9