Karlheinz Blankenbach. Hochschule Pforzheim

Transkript

1 Karlheinz Blankenbach Hochschule Pforzheim Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach Pforzheim University Tiefenbronner Str. 65 D Pforzheim, Germany Phone : Fax : kb@displaylabor.de Web : 1

2 Future of Electronic Displays by CORNING Corning_ADayMadeofGlass.wmv 2

3 Future of Electronic Displays - Flexible Displays lope_c_videoclips_flexible_v1.wmv 3

4 Ziel der Vorlesung Grundkenntnisse über Displays, deren Ansteuerung, optische Qualität und Anwendungen Warum? SS WS SS/ WS - Das Display bestimmt die Hard- und Software des Gerätes (SS) wie z. B. µc, Betriebssystem, Interfaces, Rechenleistung, Speicher, Beispiel: 8-Bit µc kann speichermäßig kein QVGA-Display verwalten. - Display ist meist die teuerste Einzelkomponente des Gerätes Beispiel: Auto-Navi - Display ist teurer als DVD-Player. - Inhalt des Displays muß ablesbar sein. Beispiel: Laptop im Sonnenlicht. - Displayauswahl nach Leuchtdichte, Kontrast, Farbe, Lebensdauer, (WS) - Displays werden in Asien gefertigt und in Europa eindesigned und veredelt. Das erfordert umfassende Kenntnisse der Displaytechnologien und Messtechniken. 4

5 Aufbau der Vorlesung (Vorschlag) Einführung Wintersemester Display-Messtechnik Innovative Technologien: Touch, 3D, E-Paper, OLED, Begleitendes Projekt (Klausur) Themen nach Wunsch* Einführung Sommersemester Embedded Systems mit Displays (Controller, Interfaces, ) Grundlagen (LCD) Begleitendes Projekt (Klausur) Themen nach Wunsch* *: z.b. Signalverarbeitung für Flachbildfernseher, E-Signage, Vorgehensweise: - Praxisnah mit jeweils etwas theoretischem Background - Fokus auf anwendungsnahen und zukunftsträchtige Themen - Skript in Deutsch mit Englisch (teilweise ganz Englisch) da Fachsprache 5

6 Lohnt die Vorlesung? Update

7 Firmen in der Region, die sich mit Displays beschäftigen eine Auswahl bekannter größerer Firmen (Kontakte für Thesis bestehen): Automotive BOSCH, DAIMLER, PORSCHE, HARMAN (BECKER), VISTEON, Weiße Ware E.G.O., SEUFFER, Industrie BARCO, SIEMENS, Medizin, Broadcasting, EIZO, PHILIPS, WOLFF, WOLF, Distribution, RUTRONIK, MSC, ENDRICH (NAGOLD), 7

8 Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach - Chairman of - Chairman DFF e.v. (German Flat Panel Forum) - Speaker of display group of VDE/ITG - Chairman of steering committee (EU founded) Spiegel Sep PROFES- SIONAL SYSTEM 5/2011 FOCUS Nov

9 Activities at Display Lab Pforzheim Applied R&D around displays Funded by BMBF, BW, industry, Many references Workshops, L/L Displays, driving & systems incl. evaluation Measurements rel. I 1,0 0,8 0,6 0,4 Sun 0,2 LED

10 Other Topics Functions at Pforzheim University: - Dean of Engineering Department ( ) - Member of Senate ( ) - Member of Board ( ) - Head International Affairs IT Department (since 2012) R&D: BMBF, BMWi and industry Education: Physics, Univ. Ulm Private: married, two kids (graduated 2015) Hobbies: Skiing, photography, travel, best: combination 10

11 Work & Travel K. Blankenbach, A. Marsal, A. Sycev: Comparison of Key Optical Measurements of Curved to Flat LCD TVs and Their Impact on Image Quality, Society for Information Display, International Symposium 2015, San José, 6/2015 K. Blankenbach, A. Sycev, S. Kurbatfinski, M. Zobl: Optimization and Evaluation of Automotive Displays under Bright Ambient Light using Novel Image Enhancement Algorithms (invited), Society for Information Display, International Symposium 2014, San Diego, 6/2014 A. Sycev, K. Blankenbach: Ambient Light Characteristics of Flexible Displays, Society for Information Display, Spring Meeting Proceedings, Sabancý University, Istanbul, 04/2014 K. Blankenbach, A. Delovski: Novel Gesture and Touch System with Transparent and Curved Electrodes Enables New Computer-Human Interactions, International Conference on Advances in Computer-Human Interactions, Barcelona, 3/2014 A. Sycev, K. Blankenbach, S. Kurbatfinski, M. Zobl: Comparison of e-paper Displays, Transflective and Transmissive LCDs under Bright Ambient Light and Image Enhancement Algorithms for Optimized Grey Level and Color Perception (invited), IDW '13, 20th International Display Workshops, Sapporo, Japan, 12/2013 Peter Bitterlich, Karlheinz Blankenbach et al.: Rising the Motivation for Learning Programming by Using Android Apps International Conference on Advanced Education Technology and Management Science (AETMS2013), 12/2013, Hong Kong K. Blankenbach: E-Signage Display Technologies - from LEDs to Electrowetting, BIT Annual World Congress of Emerging Info-Tech-2012 (WCEIT-2012), Dalian (China), 8/

12 Exhibitions ELECTRONICA SID Display Week CeBIT 2001 (R&D BW) Hannover Fair 2006 (R&D BW) 12

13 From Students Project to Mass Production 13

14 Electronic Displays Conference : Student Paper Award Award for thesis or project dealing with displays, GUI, HMI, great for CV and contacts 14

15 References Handbook of Visual Display Technology, Springer, Heidelberg ( all-in-one ) J-H Lee, D. N. Liu, S-T Wu: Introduction to Flat Panel Displays, Wiley, New York S.T. Wu, D.-K. Yang: Fundamentals of Liquid Crystal Devices, WILEY SID W. den Boer: Active Matrix LCDs, Newnes/Elsevier S. Kobayashi: LCD Backlights, Wiley, New York G. Berbecel: Digital Image Display, Wiley, New York (für MATLAB Freaks) International Committee for Display Metrology (ICDM) Hundreds of pages for free - Internet: WIKIPEDIA, display manufacturers, SID ( ID Archive - free download), YOUTUBE: CORNING: A Day Made of Glass, flexible displays,. 15

16 Overview 1. Introduction What is a display? Markets and trends CE vs. Professional 2. Measurements (WS) - Contrast, color - Ambient light Incl. examples and case studies. No prerequisites: Winter and summer term are independent. 2. Embedded Displays (SS) - Display driving - Interfaces 3. Electives: - LCDs (SS) OLEDs (SS) - E-Paper (WS) - Touch,..(WS). 16

17 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 17

18 Display Applications CE Professional (Germany, ) 18

19 High Volume Display Applications Overview Small size Smart watch Watch Smart cards Meters High content & function Price tags Smart phone Packaging E-Signage TV Monitor Laptop Tablet E-book Advertising Signs High cost Color Large size Monochr. reflective Low cost Low content & function influence professional displays 19

20 Consumer Trend Trend in consumer electronic devices Integration of multiple functions in one device Smart and convenient handling 20

21 Displays Are The Most Expensive Subassembly ipad bill of materials (BOM; Source: IHS isuppli, March 2012) 2 Cost reduction of BOM top 5 favorable

22 Displays Are The Most Expensive Subassembly

23 Professional Display Applications developed in Germany / Europe Industrial displays Professional monitors Household appliances Medical displays Public displays Automotive displays, Large variety of displays and requirements (size, T, price, volume, ) 23

24 Professional Display Applications: Requirements (1 st Draft) Stückzahl pro Jahr Umwelt T, Vibration Lebensdauer Umgebungslicht Hauptanforderung Industrial displays (Messgeräte, ) Professional monitors ( Leitwarte, AV, ) Household appliances (Waschmaschine, Herd) Medical displays (Diagnostik) Public displays (Werbung, Information) Automotive displays (Kombi, Navi, ) 24

25 Displays & Systems Why are professional systems with a display so challenging? - Display set hard- and software of a system like processor, operating system, interface, computing power, memory - Display is often the most expensive subassembly Example: ipad 3: BOM ~ 300 $ of which 127 $ (40%) is display with touch - Professional displays have about 5% market share and high requirements: Examples: Automotive:10,000 h operating time in 15 years with large T-range static images and bright ambient light Automation:100,000 h 24/7 RT and indoors Medical imaging: moderate operating time but high image quality - Display is the key part of user interface: Everybody is a visual expert - All are used to CE devices at low cost and high performance (e.g. 5 FHD) 25

26 Einige Fragen zu Entwicklung und Einsatz von Displays Was versteht man unter einem Display oft unterschiedliche Dinge! Was ist ein Pixel, welche Größe hat es und wieviele hat ein Display? Wie werden Displays eingeteilt (Technologien, Prinzipien, )? Wie entwickelt und beschafft man Displays? 26

27 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 27

28 Was ist ein Display? Ein Übersetzter von elektrischer Information zur Erkennung durch das Gehirn über das Auge Ein elektrooptischer Wandler von Strom bzw. Spannung zu Licht Ein Datenvisualisierungs-System Ein System aus Hard- und Software Ein System mit vielen unterschiedlichen Technologien wie Leiterplatten, elektr(on)ischen Bauteilen, Mechanik, alles je nach Sichtweise aber unterschiedliche Interpretation 28

29 What is a Display? A display is a part of a highly complex system equipped with a display: Application space User and tasks: Software, data, connectivity, Interface Housing Electronics D i s p l a y User space Technology space - Data to display, - User input, - Display. - Parameters, - Environment, - Hardware incl. - Display interface, - Display software, - 29

30 The Three Perspectives of a Display User space Operation of the eye & variance in human perception and use (display technology independent!) Application space Physical & environmental considerations, determining user and specification requirements (display technology independent!) Technology space Different electro-optic effects, resolutions & cost (choosing a display (technology) that fits for purpose ) All three perspectives must be regarded for a dedicated application! 30

31 Überblich über Display - Technologien Reflektiv Prinzip: Reflektieren das Umgebungslicht Ablesbar im Sonnenlicht, niedriger Stromverbrauch Beispiele: einfache LCDs, E-Paper Emissiv Prinzip: Erzeugen Licht in jedem Pixel Ablesbar im Innenbereich, hoher Stromverbrauch Beispiele: OLED, Plasma, LCDs mit Backlight Ansteuerprinzipien (WS) Direkt (wenig Pixel, z.b. Uhr), Passiv Matrix (niedrige Auflösung, z.b. Einfacher MP3-Player), Aktiv Matrix (hohe Auflösung, z.b. TV) Es gibt (noch) keine universelle einsetzbare Display-Technologie! Anpassen an Anwendung Chancen für Ingenieure 31

32 Überblich über Display - Technologien Reflektiv Beispiele: einfache LCDs, E-Paper Emissiv Beispiele: OLED, Plasma, LCDs mit Backlight Ansteuerprinzipien (SS) - Direkt (wenig Pixel, siehe einfache LCDs) - Passiv Matrix (niedrige Auflösung) - Aktiv Matrix (hohe Auflösung wie TV, ) 32

33 Overview of Major Display Technologies Mainstream Direct View Direct view Projection*, microdisplays* Reflective Refl. LCD E-Paper (S) TN Electro-phoretic ChLCD Electro-chromic PDLC Electro-wetting FLCD Electro-kinetic *: 3D capable MEMS Emissive OLED* PDP* CRT* VFD, FED LED, EL LCD* w BL LCD LCOS DMD MEMS Laser Niche or low volume techniques may provide chances for special applications 33

34 Display Fundamentals Cross section of a typical (color) display Front plane Electrooptical layer Back plane (not to scale) Substrate, barrier layer, polarizer, Color filter (option) LCD, OLED, e-paper, Matrix drive, TFT, electronics Substrate, barrier layer, polarizer, backlight, Electro-optical layer decides on display characteristics like bistability, image quality, environmental conditions, 34

35 Typical FPD Principles (EO Layer) Light Switching (AM LCD) U transmission (luminance) Emissive (OLED) I luminance Reflective (LCD, E-Paper) U reflection (luminance) High power eo-layer ITO Refl. Substrate 35

36 LCDs Reflektor Details: siehe LCDs (SS) Prinzip: Licht des Backlights oder des Reflektors bei kleinen LCDs wird elektrisch quasi leistungslos per Spannung im Durchlass durch Flüssigkristalle moduliert. Die Stromaufnahme und Helligkeit wird bei farbigen LCDs hauptsächlich durch das LED-Backlight bestimmt. Deshalb als quasi emissives (lichterzeugendes) Display eingeordnet Pixelspannung U LCD Pixel LED Backlight 37

37 OLEDs Prinzip: Licht wird durch den Strom durch ein Pixel erzeugt. Das OLED-Pixel wandelt Strom analog zu einer LED in Licht um. Die Stromaufnahme von OLEDs wird hauptsächlich durch den Bildinhalt bestimmt: je heller desto höher (wie bei LEDs). Als emissives (lichterzeugendes) Display eingeordnet. Pixelstrom I OLED Pixel 38

38 E-Paper Prinzip: Licht wird nur durch die Pixel reflektiert. Ein E-Paper-Pixel wird durch kurzen Spannungspuls in seiner Reflexionseigenschaft geändert (üblich S/W und wenige Graustufen) Die Stromaufnahme von E-Paper ist quasi Null, da nur bei Inhaltsänderung ein kleiner Strom notwendig ist und Umgebungslicht reflektiert wird. Nachts Beleuchtung notwendig. Wegen reflexivem Prinzip im Sonnenlicht im Gegensatz zu emissiven (Farb-LCD und OLED) ablesbar. Pixelspannungspuls U E-Paper Pixel 39

39 Display Technology vs. Illuminance Illuminance Reflective LCD Emissive OLED 100 cd/m² in darkroom 800 lx 1 camera 0.8 and 20 klx Luxmeter lx Display luminance is constant but eye (here: camera) adapts to mean illuminance! Application decides : vivid colors vs. low power & bright ambient light 40

40 Information & Darstellung & Erkennen Wie viel unterschiedliche Zeichen und wie viele der Minderheit gibt es? Fazit: 41

41 Display Technologies Emissive Criteria: and r Power vs. no color r Reflective Emissive Reflective Examples AMLCD*, AMOLED, PDP, E-paper, reflective LCD,... Merits Issues - Multimedia performance - Widespread and standardized - Bright light performance - Power consumption *: Backlight is emissive - Bistable lowest power - Sunlight readability - Limited color reproduction - Slow response time 42

42 Überblick über die verbreitesten Display - Technologien Technologie Ausfüh -rung* Typ Vorteile Nachteile Typ. Anwendung LCD (Liquid Crystal Display) Direkt Aktiv Matrix Reflektiv Emissiv Niedrige Leistungsaufnahme, billig Hohe Auflösung, Multimedia Wenig Pixel, monochrome Outdoor, Leistungsaufnahme Taschenrechner, Uhr, Wetterstat. Handy, Laptop, Monitor, TV OLED (Organic LED) Aktiv Matrix Emissiv Hohe Auflösung, Multimedia Outdoor, Leistungsaufnahme Handy, (TV) E-Paper (Elektronisches Papier) Aktiv Matrix Reflektiv Geringe Leistungsaufnahme, hohe Auflösung Monochrome, kein Video E-Reader *: siehe unten 43

43 Fazit Displaytechnologien Es gibt keine universell geeignete Display-Technologie E-Paper ist grün aber nicht multimedia-fähig LCDs decken sehr viele Bereiche von reflektiven 7-Segement-Anzeigen (stromsparend, siehe z.b. Solar-Taschenrechner) bis hin zu Multimedia- Großanzeigen ab. OLEDs sind eine junge Technologie, deren Vorteile bei professionellen Anwendungen hauptsächlich in der geringen Bautiefe besteht. Der Vergleich der optischen Parameter wie Kontrastverhältnis aufgrund von Datenblättern und Spezifikationen ist wenig sinnvoll, da im Dunkelraum gemessen wird. Fazit: Es ist viel Know-how beim Einsatz von Displays notwendig! 44

44 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 45

45 Data Sheet (Spezification): Display & Pixels Module Active area 0.36 mm LCD type: Transmissive LCD features a backlight Display type: Active Matrix: 1 TFT per Subpixel Number of Colors: 262k colors = 18 bit = 6 bit per color others: 16M = 24 bit; 64k = 16 bit with R,B 5 bit and G 6 bit 3 x 0.12 mm = 0.36 mm Pixel (dot) size: width / # pixel h = mm / 320 = 0.36 mm Aspect ratio: # h / #v pixels e.g. 16:9 or 4:3 46

46 Was ist ein Pixel? Kleinste bildgebende Einheit von Displays Ein Display besteht aus vielen (bis zu Millionen von Pixeln) Alle Pixel müssen sich gleich verhalten (Produktionsproblem) Wie viele Pixel eines Displays dürfen defekt sein? Ca. 5 pro Million Pixel (5 ppm) für normale Anwendungen (ISO 13406,2) Elektro-optische Funktion eines Pixels: Steuerung der Emission (z. B. LED) bzw. Lichtdurchlass (z.b. LCD) durch ein elektrisches Signal entsprechend der darzustellenden Graustufe Ein Farbpixel besteht üblicherweise aus 3 Subpixeln RGB. Wenn RGB voll an ist, erscheint das Pixel weiß. 47

47 Pixel Üblicherweise quadratische Pixel: Monochromes Pixel: Farbpixel: Subpixel Anzahl der Pixel: Horizontale x vertikale Auflösung Beispiel: - XGA x 768 = Pixel 2.3 Mio. Subpixel - Full HD x Mio. Pixel, IPAD 3 3 Mio. Pixel Achtung: Pixelzahl Kameras: alle, aber kein RGB sondern Pattern. RGB-Werte pro Pixel via Algorithmus 48

48 Pixelgröße (Pixel Pitch) Apertur: 100 Genutzte Fläche Gesamtfläche Beispiel: AMLCD 70% Ziel: Apertur möglichst LCD groß zu machen Pixel Pitch (auch pixel per inch ppi) Pixelgröße wird durch Anwendung über den Betrachtungsabstand festgelegt, z.b. Smartphone, Fernseher, E-Signage. 49

49 Height /cm Ergonomie Auflösung des Auges Minimum Recognizable Object Size = 1/60 0,0003 tan h d Praxis: 1 m Entfernung 0,25 mm 100 ppi (1 ) (s.o.) , Viewing Distance /m Bsp.: - Monitor d = 0,5 m Auflösbare Pixelgröße h = 0,125 mm, typisch 0,2 mm - XGA - Beamer Bildbreite 3 m 1 Pixel 3 mm breit (1024 H-Pixel) Betrachtungsabstand Augenauflösung : d h 12 m 50

50 Ergonomie-Parameter für Großdisplays Empfohlene Zeilenzahl Bsp: h = 30 cm, d = 50 cm Z = 15 Anzahl 25 Bildschirmhöhe Zeilen Betrachtungsabstand Empfohlene minimale Zeichenhöhe bei - großen Betrachtungsabständen Zeichenhöhe Bsp: d = 25 m h = 10 cm (5 m 2 cm) Betrachtungsabs tan d kleinen Betrachtungsabstände 16 x 1 : 5 1m Blickkegel : Öffnungswinkel j typisch 20-40, empfohlen : 30 j /2 h / 2 Büro (d = 60 cm) : 14 (20 ) - 28 (40 ) d = cm 51

51 Fundamentals of Pixel Usually square pixel Monochrome pixel mostly b/w for character and low res graphics Color pixel by RGB subpixel (white is generated in brain ) Trend: high PPI (pixel per inch, 1 = 25.4 mm) Eye resolution: 0.15 mm / m for pixels 170 ppi for 1 m viewing distance Useful ppi is about 50% 67% of this value: 100 ppi 1 0,25 mm / m e.g. APPLE retina display IPHONE : 326 ppi (78 µm) ; IPAD 3: 264 ppi Viewing Distance /m ~ PPI from Eye Resolution Eye Res. Pixel Size /mm Useful PPI Useful Pixel Size /mm Pixel size Typical Examples Smartphone Tablet, PC monitor Reference TV > E-Signage 52

52 Pixelgröße (Pixel Pitch) Pixelgröße Augenauflösung (0,3 mm pro m Ablesedistanz) Typische Werte: Direktsicht: - LCDs: 0,1 1 mm - OLEDs: 0,1 0,5 mm - PDP: 1mm (deshalb kein PC-Monitor und kleinere DIsplays) - LEDs: 2 5 mm - E-Paper : 0, mm Projektion: - typischerweise µm (auch Near-to-the Eye Displays) Ferner 7-Segment (8-Segment): 54

53 Display Driving Principles Direct Drive 1 connection per segment on substrate Matrix Drive Rows (vertical) Columns (horizontal) Pixel Segments Multiplex drive is low row count (Passive) Matrix drive. Only (h + v) connections on substrate for h x v pixel Woduch sind direkt angesteuerte Displays limitiert? Welche Vor- bzw. Nachteile haben Matrix-Displays? (not to scale) 55

54 Display Driving : Matrix Drive - Scanning of rows - Write data to columns - Select one row - Write data of all columns at one time Parallel data : Row-at-a-time addressing Fixed resolution! Column (data) Data from µc, PC,.. Controller Row (line, scan) Display 56

55 Row Timing Diagram Frame time Pulse for TFT gate Row # T frame = ms (60 Hz) XGA with 768 lines usually 3 gate driver ICs ( 3 x 256 outputs) 768 Pulse width (T ON 21 µs for XGA) 57

56 Matrix Display Driving Waveforms Column 2 Data Column 1 Data set grey level by voltage (LCD) or current (OLED) 1 Line (parallel) Row 1 Row (selected line) Column (data) drivers 1 Frame t Row (gate) drivers 58

57 Driving Parameters Horizontal scan Displays are usually scanned from top to bottom Vertical scan Frame rate (frequency) = 1 / time for vertical scan f frame = 1 / T frame Examples: frame rate 50 Hz (duration 20 ms), 60 Hz (16.7 ms) Duration of vertical scan = number of lines x time for one line T frame = N x T line (add for 5 % for FPD synchronisation, 20 % for CRT retrace) Horizontal frequ. = 1 / time for one line (incl. sync & retrace) Driving is limited for - analogue displays by video bandwidth - digital panels by transmission line capability f hor = 1 / T line 59

58 Matrix Display Driving Principles Columns (horizontal) Passive Matrix Rows (vertical) Pixel Column electrodes Electro-optic material Row electrodes Substrate How is a PM pixel defined/made? Active Matrix More complex than Passive Matrix (PM) but advantages (see below) 60

59 Matrix Drive Basics Snapshot of 1 selected row, example for LCDs Passive Matrix Active Matrix Leftover from actual scan Data Stored from actual scan Data Scan Scan Moving image? Leftover from last scan (frame)! Stored from last scan (frame)! 61

60 Matrix Driving of FPD - Example LCD Exception : PDP Passive Matrix Higher contrast ratio, higher resolution, more grey shades and colors Active Matrix Row 'scan' Column 'data' ITO ITO (PM LCD simplified example) Ghosting Scan Data AM LCD (Sub-)Pixel MOSFET LC Storage capacitor 1 Pixel Frontplane Crossings of 2 grids form pixel No storage of data (if not bi-stable) during frame period Low vs. high cost Low vs. high image quality Capacitor stores data during frame period 1 TFT psp, SXGA : 4 Mio. TFTs 63

61 Display Module A display is more than just glass E-o Transfer Fct. Column Driver Bank Gamma Corr. Driver 1 Driver 2 Driver 3 Row Digital input R G B Timing Controller Driver Bank Driver 1 Driver 2 signals Sync V com TTL, LVDS, edp. SPI, DVI, HDMI) Controls Power Supply LCD Module Sync Backlight driver 64

62 Overview: Type, Resolution, Driving, Principle Size, price, power, interface speed, Color graphics Monochrome graphics Character Segment 8 Direct drive MUX Passive Matrix Active Matrix Resolution Low resolution displays (mostly b/w, some with GS) High resolution displays (mostly color) 65

63 Wie viele Pixel hat ein Display? Standard Resolution / Pixel Number of Pixels Number of Color Sub - Pixels / Millions QVGA 320 x VGA 640 x SVGA 800 x XGA 1024 x WXGA 1368 x UHD 1980 x Seitenverhältnis (aspect ratio) : VINTAGE-PC : 4 : 3 (Pixel horizontal/vertikal) Wide PC : 16 : 10 (z.b x 768) v h HD PC : 16 : 9 (z.b x 768) 66

64 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 67

65 Beispiele zur Hard- und Software eines Gerätes Ein Display bestimmt über seine Auflösung, Farbtiefe und Interface die Hard- und Software des Gerätes wie Microcontroller, Interface, OS, )! Z.B. µc-art, Betriebssystem, Interfaces, Rechenleistung, Speicher, Beispiele: - 8-Bit µc kann speichermäßig kein QVGA-Display verwalten QVGA: 320 x 240 pixel x 16 bpp (bit pro pixel, also 64k Farbe) = byte > byte (16 bit Adressbus) - Klappt das bei 16-bit µcs? QVGA: 320 x 240 pixel x 60 Hz (Bilder pro Sekunde) = 9,2 MHz bei 16-bit Datenport zum Display = minimale Taktfrequenz Aber: meist werden viele Maschinenzyklen benötigt und der µc soll ja nicht nur das Display betreiben - Klappt das bei 32-bit µcs? Ja, aber < VGA GDC, Betriebssystem Problem: Displays QVGA haben keine Displaycontroller eingebaut Displaydaten müssen in Echtzeit bereitgestellt werden! 68

66 What is a Display System? Application Display (technology) incl. - Parameters - Environment, - Hardware incl. - Display interface, - Display controller, - Software incl. OS, - 69

67 Example : Embedded System with Display Row & column drivers Interface EOC Matrix Display controller, signal processing TCON Compare size of µc to display controller etc. µc 70

68 Systems Design for µc and Display Controller Display (Seg x128) Display ( QVGA) Display ( QVGA) with built-in High speed interface (real time display data) Display controller µc (4-32 Bit) Low speed interface Display controller µc (32 Bit) µc (32 Bit) with built-in Display controller or FPGA Typically for PCs High end µc Display controller keeps µc load at low level if no animation, video,.. 71

69 Tasks of Subassemblies of Embedded System with Display µc Delivers data to be displayed Interface to display controller Display controller Updates display RAM with data to be displayed Real time data to display Interface to display controller and display timing controller Display Interface to display controller Display electronics (timing controller TCON, row and column drivers) adapt digital data to electro-optic 72

70 Design Rules Examples : Data to be displayed Display resolution R G B 5 mm Segment 8 Starburst Matrix 5x7 QVGA 10x15 XGA 10x15 # of Pixel Driving of Module Data Rate µc low Display controller medium PC high Software Requirements minor high w/o OS or Lib minor (OS) 73

71 Zusammenfassung zu Definitionen von Displays Meist werden standardisierte Auflösungen wie VGA verwendet Ein Pixel ist bei Direktsichtdisplays ca. 0,2mm groß (Breite = Höhe) Die Größe sollte der Augenauflösung bei typischem Betrachtungsabstand entsprechen. Beispiel: LED-Wall mit ca. 30mm Pixel Pitch Es gibt reflexive (Vorteile bei Umgebungslicht) und emissive (Vorteile im Dunkeln sowie technischner Natur) Displays Die typischen Vor- und Nachteile reflexiver und transmissiver Technologien sind entgegengesetzt. Das macht die Display-Entwicklung spannend! Die Beschaffung ist ein Thema für sich, welches stark vom Auftragsvolumen abhängt (siehe Markt etc.). 74

72 Typical Design Flow of System with Display Product specification, idea User input Viewing conditions Environment (T, illuminance, ), application Mechanics; production, Data to be displayed Display resolution Screen size Display technology Price, supply chain, Start of design Graphics controller, µc, software, OS, Redesign, optimization 75

73 Typical Design Flow of System with Display SS WS Keyboard, mouse, touch Product specification, idea Data to be displayed Design of Embedded Systems User input Viewing conditions Environment (T, illuminance, ), application Mechanics; production, Display Effects Display Metrology Display resolution Screen size Display technology Price, supply chain, Display driving & interfaces Graphics controller, µc, software, OS, Display Market Redesign, optimization 76

74 Design Rules Examples : Data to be displayed Display resolution Data to be displayed: only numbers and/or characters, graphics, color, pictures, video? Data to be displayed determine resolution and rest of the system : - Icons (via LEDs, customized LCD (ITO), ) - Numbers: segmented display - Characters: character display Size: > 5 x 7 (DIN 66234) > 7 x 9 (ANSI HFS ) - Graphics: graphics display monochrome, grey scale, color? Size > 100 x 100 pixel - Pictures and video: high resolution, powerful electronics system 77

75 Design Rules Examples : Screen size Screen size is determined by data to be displayed & viewing distance! Typical data - Maximum eye resolution: 1 = 1/60 1 m distance 0.3 mm - Character height: 16 (1 color) 40 (5 colors for text) - Large sized information displays with large viewing distance: recommended character height viewing distance / Not more than 20 lines on one screen - Touch input pad ~ 20 x 20 mm² 78

76 Design Rules Examples : Screen size Example for data to be displayed and screen size: Viewing distance 1m, 3 lines of 20 character text, graphics 320 x 240 pixel Height: 3 x 9 (character) + 3 x 5 (space) (graphics) = 282 pixel Width : 20 x 7 (character) + 20 x 3 (space) (graphics) = 520 pixel WQVGA (426 x 240) or VGA (640 x 480) Screen size for 1 color for text: 9 pixel 16 5 mm 0.5 mm/pixel (not commercially available) VGA with 0.3 mm/px (Screen size d)² = (192 cm)² + (144 cm)² d 24 cm d = 10.4 (typical available screen size) PM LCD or AM LCD, AMOLED, E-paper if monochrome Display technology 79

77 Design Rules Examples : Graphics controller, µc, software, OS, Screen resolution is set by data to be displayed! Typical electronics systems - Numbers: segmented display µc with LCD output (only LCD available) - Characters: character display µc with bit I/Os, 8-bit µc OK - Graphics: - monochrome µc with bit I/Os, 8-bit µc OK - color typical 32-bit µc with graphics controller - Operating system (or libraries) reduce SW effort Example for VGA 10.4 (see above): Data rate: Pixel frequency = Resolution x Frame frequency 640 x 480 x 60 Hz 20 MHz Critical occupation load even for 32-bit µc graphics controller needed Interface: TTL or LVDS 80

78 Questions for Applications Power consumption Viewing conditions (hand held, battery powered, vehicle mounted, mains powered?) Processor (PC-like system, 32-bit-µC, 8-bit µc,?) Ambient light conditions (inside, outside, sunlight, night-time?) Environment (operating temperature, storage temperature, humidity?) Viewing angle (number of viewers, location?) Screen resolution (amount and format of data?) see display resolution Total content (# of colours, # of pixels, screen refresh rate?) Screen size (number of viewers and location?) see screen size User interaction (only watching, touch screen, soft keys?) see user input (see also Summary Magic Circle) Environment (T, illuminance, ) Application 81

79 Summary Design Flow Design flow starts at data to be displayed Optimum solution often realizable due to - Availability - Cost - (reason is often relative small quantities compared to Asian CE products) Display resolution (# of pixels) set interface and driving electronics There are many applications requirements which are not lissted in spec. Example: Optical measurements are performed under dark room conditions 82

80 Typical Display Supply Chain Price, supply chain, Catalogue order Smallest quantities Display manufacturer s factory (normally in Asia) Manufacturer s European Office Distributors Medium & Small Customers > 5 M$ pa Large Customers Distributors add value by - Stock holding - Local application engineering support - Logistics Only large customers have a significant influence on the supplier Small and medium customers normally exert little influence on display suppliers except for niche customers who are early adopters of new displays 83

81 Beispiele zum Preis eines Gerätes kleine Stückzahlen (Start-up bis Mittelstand bei Stückzahlen <1.000 pa) 3,5 stellige LCD Anzeige für µc mit LCD-Controller ~ 2 Vergleiche mit CE-Preisen: Dotmatrix Character LCD HD44780 Controller 4- oder 8-bit Datenbus ~ 5-15 Graphik STN LCD T6963 Controller 8-bit Datenbus 128 x 64 monochrome ~ TFT-LCD Grafikdisplay - 4,3" (10,9 cm), 480x x272 mit Touch - RS-232, I²C-Bus, SPI-Bus - ~

82 Summary Emissive displays: + Multimedia - Bright light - High power Reflective displays + Bright light + Low power - Multimedia Display driving: - Segmented (SEG) - Multiplex (MUX) - Passive Matrix (PM) - Active Matrix (AM) Other aspects: PPI, interface, customization, 85

83 Proposals for Student Projects 50+/-% software & hardware 8-Bit µc, ARDUINO Displays: - 8-Seg. - HD T6963 VFD Driver Task: Built 3 demos each with basic software 86

84 Proposals for Student Projects 50+/-% software & HW 8-Bit µc, ARDUINO LEDs: - RGB - Matrix Task: LED-based displays or animations 87

85 Proposals for Student Projects 50+/-% SW & HW µc, ARDUINO, Low res. T6963 graphics controller Task: Built example application with I/Os etc. 88

86 Proposals for Student Projects 100% software FUJITSU 32-Bit µc ARM 9 QVGA Touch screen C-Examples Tasks: - SS: Adapt SW form scratch to structure subs, make example - WS: Program SW for touch and display evaluation 91

87 Proposals for Student Projects 50% software, 50% measurements Static images like full screen RGBWK Moving images (bars, ) Tool: Programming language Task: Program test patterns and evaluate image quality 93

88 Proposals for Student Projects 100% software Image enhancement algorithms Applications: Better readability at bright light e.g. automotive Tool: MATLAB Task: Implement algorithms in MATLAB and evaluate image quality 94

89 Proposals for Student Projects Your idea x% software, y% hardware Task: tbd 95

90 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 96

91 Marktübersichten Gut zur Abschätzung von Trends geeignet Geben Hinweise auf zukünftige Märkte und Chancen Professional follows consumer wie Seitenverhältnis 4:3 zu 16:9 Wichtig, um Engpässe oder auslaufende Produkte zu identifizieren BWL -Methode, also für den Ingenieur eher mit der gebotenen Vorsicht zu genießen. Die meisten Zukunftsprognosen der Vergangenheit waren meist (besonders bei OLEDs) zu positiv. Bei Wachstum: - Kurzfristig: Linearer bis exponentieller Anstieg - Mittelfristig: Anstieg bis hin zu Sättigung ( x a sin(bx) Kurve) - Langfristig: (Gauß) Glockenkurve (ansteigende später abnehmende Zahlen) 97

92 Worldwide Flat Panel Market 1 B$ 1 Mrd. 98

93 Worldwide Flat Panel Market Fläche: 1 km² = 1 Million m² 200 km² = A stuttgart pro Jahr in 2016! Umsatz: - 1 B$ 1 Mrd. d.h. ca. 100 Mrd. - Nur Display ohne Gehäuse, Hard- und Software, Mrd. ist der Gesamtumsatz 2013 von SIEMENS 99

94 WW Display Market vs. Applications Prof. PC monitor Notebook Mobile TV Prof < 10% Prof. Trends Source: NPD 100

95 Large & Small & Medium Displays by Application Professional market is small compared to consumer! 102

96 Top 7 FPD Applications Problems in Europe Europa: Professionelle Anwendungen wie Automobil, Industrie, Medizintechnik, Weisse Ware und E-Signage. Relativ kleines Marktvolumen (keine Massenprodukte aus Europa) also kleine Stückzahlen (folglich Abfallprodukte aus PC, Handy, TV, ) Relativ hohe Anforderungen (Temperaturbereich, Lieferdauer, ) Fast alle Displays kommen aus Asien (also lange Wege und Kleinkunde ): - Osteuropa: Endmontage von LCD TVs asiatischer Herstellner - Deutschland: seit 2005 einziges Land in Europa mit Displayfertigung: - BMGMIS, Ulm: LCDs für Großanzeigen (Bahn, Flugplätze, ) - Plastic Logic (RUSNANO), Dresden: Flexibles AM E-Paper (?) 104

97 Automotive Display Units per Year 80 Mio cars produced in 2012 Source: Displaysearch

98 E-Signage strong in Germany Source: Displaysearch

99 E-Paper Display Million USD per year - Reflective: Sunlight readable - Bistable: Lowest to no power Source: DISPLAYBANK,

100 Market Studies for what they are good for? Merits Market studies can provide hints for new markets and applications because displays are only reasonable with mass production Examples: - E-reader will push e-paper displays. Other applications? - Photo frames can also be used for POI Valuable hints as professional market follow consumer trends Shortcomings Market studies from different market research companies can differ significantly Many market studies show exponential rise characteristics Studies about market decline are mostly not available 111

101 Zusammenfassung Marktübersichten Displays haben überdurchschnittlich hohe Wachstumsraten Für Deutschland und Europa sind automotive, Industrie, Weiße Ware und E-Signage relevant. Neue Technologien ermöglichen neue Märkte und Produkte wie E-Signage, E-Paper (Energie-effizient und Sonnenlicht-ablesbar), Ist es empfehlenswert, ein CE-Display bei einer professionellen Anwendung einzusetzen? 112

102 Summary Professional displays have small market share Watch for trends Revenue [billion US$] and take care of supply chain. FPD world market Trends: Higher resolution Smaller displays Wearable displays Flexible displays Sunlight readable Touch everywhere

103 Overview 1 Introduction Display overview What is a display? What is a pixel? Display systems Display market overview Display applications in Germany Some pictures etc. are courtesy of the companies named on the picture, others from, e.g., SID, 114

104 Consumer Electronics Display Trends Source: JDI, APPLIED MATERIALS 115

105 The Big Picture CE Microdisplays (HWD) Smart watches Smartphone Tablet PC TV Signage wearables CE trends: High res, low power, flexible, gamut, outdoor Size 116

106 The Big Picture Professional Curved / Shaped / Round Transparent Portrait Mode Customizing by foils Professional display follow CE trends! Aspect ratio 117

107 The Big Picture Professional Curved (LCD) QD: Gamut LCD = OLED Reflection reduction edp 3 Color Reflective CE trends: High res, low power, flexible, gamut, outdoor 118

108 Consumer Trend: Smartphones & Tablets Trend in consumer electronic devices: Integration of multiple functions in one device Smart and convenient handling Every task which can be performed by smartphone or tablet will be use these devices. Exsample: Waitress & cashier Ratskeller, Pf Source: wikipedia.org Source: APPLE Key features with impact for professional displays High ppi (resolution) Multi touch, gesture control Apps for everything 119

109 Consumer Systems Influencing Embedded Systems Source: Displaysearch

110 Consumer Trend: Smart Home (Automation) Today Future HTML 5.0 Source: ELV, ENBW, VAILLANT, Pro-smart-metering.de, fair-news.de Key features with impact for professional displays From large displays to small ones with basic HMI Full control by CE devices & apps 121

111 Industrial Trend: IPC & Panel PC with Touch Source: OMRON, Panel-PC.org Standardized HW with standard PC graphics IF; OS mostly WIN. HMI / GUI will be developed OS independent (HTML 5.0 or JAVA, ) to ensure compatibility with mobile devices. Key features with impact for professional displays Standardized hardware Added value for specialized displays Touch 122

112 Industry Trend: Wired & Wireless Networks Same for smart buildings Future Source: ANEVTECH, SIEMENS Key features with impact for professional displays From large displays to small ones with basic HMI Few monitors + mobile devices 123

113 Future Trend : µc + Low Res Display & Energy Harvesting Green displays Low resolution displays 16-bit µc and E-INK display powered by thermal energy harvester Highly integrated system incl. HV supply D. Faigle, Display Lab, PFU 125

114 New Megatrends E-Signage Small electronic billboards E-paper Low power, sunlight readable (see dedicated presentation) Flexible displays enable new products Touch Screens (see dedicated presentation) Task Engineering of professional systems 4k TVs 4K Ultra HD ( 4 x FHD): 8k+ as prototypes 126

115 Education = E-Signage + Touch Source: Displaysearch strong in Germany Education project in Turkey with 400,000 screens 127

116 4K Displays (4x Full HD) 4K good for glass-free 3D Source: Displaysearch

117 Pictures of the Future Consequences from Kondratieff Waves of Innovation Information age Ubiquitous IT Digital Lifestyle Aging society Medical Smart Buildings Global warming Green Energy Saving Raw materials scarcity Smart Production Transportation Emerging countries Megacities Trends and technologies are presented here not market data 129

118 From Trends to Future Display Business Modell Green displays Low resolution displays Standard larger displays Touch everywhere Partners Bright light capability? LCDs, OLED, E-Paper, Touch Professional displays follow CE trends! Channels Revenue Streams Resources Customer Segments Partners Activities Cost Structure 130

119 Display Applications in Europe Professional displays: - Automotive, - Industry, - Withe goods, - E-signage (public displays) These applications have very different requirements compared to consumer produkts (CE) like mobile phones, monitors, TVs, However all European products have relative low volume compared to CE Professional displays follow CE trends like 16:9, touch, Supply chain needs special attention as displays are produced in Asia and value is added in Europe 131

120 Comparison of Consumer and Professional Displays Consumer displays Professional displays Minimum order quantity High low Demand (pieces per month) Mio k Product life cycle 1 3 years 3-10 years Upgrading cycle 6 month 2 5 years Price erosion 30% per year 5 10% per year Optimisation Typically cost Typically performance Quality ECO (Engineering Change Order), LTB (last time buy) notification Industry: ~ 1,000 ppm automotive: ~ 50 ppm Maybe ~ 2,000 ppm notification Maybe Yes Requirements Low High Operation time Limited warranty for longtime operation Yes Designed for 24/7 use Housing Plastic bezels Enhanced bezels Location of production Usually complete value chain located in Asia Display panels mainly produced in Asia. Added value in Europe 132

121 When Things Go Wrong* Ghosting Vibration Temperature Ambient light Lifetime Response time Viewing angle *: Lyrics from It hurts me too, one of the most interpreted blues songs. 133

122 Display Degradations vs. Temperature Materials (T-cycle, ) Materials (T-cycle, ) Electronics Mechanics (TCE) T Response (LCD) Electronics Mechanics (TCE) High T degradation of polarizer CR (LCD) Lifetime (OLED) Temperature - 40 C + 80 C CE Industrial Automotive, ruggedized, 134

123 Übersicht Displayapplikationen in Deutschland Automotive, Industrie, Weiße Ware, Medizintechnik, E-Signage Diese Einsatzgebiete haben andere Anforderungen als Consumer-Produkte wie Smartphones, Fernseher, Notebooks, Monitore, Praktisch allgemein gültige Regel: Trend zu größeren und hochwertigeren Displays: - Diagonale im Industriemonitorbereich folgt PC-Trend - Buchstaben Grafik - monochrom farbig - STN LCD TFT LCD - Tasten Touch Screens 135

124 Die wesentlichen Display - Märkte in Deutschland (Europa) Haushalts-Geräte (Weisse Ware, white goods, household appliances) Typischerweise höhere Stückzahlen (Mio. pa) und kleine Größen Automotive Typischerweise Stückzahlen pa bei hohem T-Anforderungen Industrie - Stationär (z.b. Visualisierung in der Automatisierungstechnik) mit kleinen Stückzahlen und langer Betriebsdauer, eher Monitor-artig - Mobil (z.b. Messgeräte) größere Stückzahlen, eher kleinformatig - Medizintechnik (Patienten-Monitor, Analysegeräte, ) E-Signage geringe Stückzahlen bei großen Diagonalen, Systemkompetenz, oft Sonnenlicht-Ablesbarkeit 136

125 Automotive Displays For what purpose are displays used for in the car? Driver safety information within instrument cluster e.g. for on-board computer new: head-up display Co-driver information, navigation central information display / center console and beyond e.g. for navigation Radio / heating / air conditioning Passenger entertainment rear seats 137

126 Challenges for Automotive Displays Development and Life Cycle iphone roadmap iphone iphone 2 iphone 3 iphone 4 iphone 5 iphone 6 163ppi Retina 326ppi 7 -display c-class technical validation product development Smartphone New device generations with extended functionality and design face-lift every year Lifetime of displays 4 years, but with revolutionary development steps (retina resolution) Automotive displays Perceived quality to displays of leading mobile devices shall be achieved (e.g. resolution) Development of automotive products implies conformance to automotive requirements Source: Mercedes 138

127 Automotive Displays Source: Adria European Advanced Displays Roadmap 139

128 MERCEDES Approach for Future Automotive Displays Seamless Experience: Enjoy digital lifestyle seamlessly and safely in the vehicle by continuous connectivity with the cloud 140

129 Industrial and Professional Displays While displays for household appliances and automotive displays can be assigned to small and medium displays, industrial displays incl. medical have a much broader range of application and thus sizes. The industrial field comprises a huge variety of different applications and customer-specific displays with only small lot sizes. The upper end of industrial displays is often referred to as public displays Extremely large sizes (display-walls) often realized by tiling a large number of individual displays, e.g. rear-projection displays. 141

130 E-Signage strong in Germany Source: Displaysearch

131 E-Signage Source: Displaysearch

132 Industrial and E-Signage Systems Built in Europe 145

133 Household Appliances Market 300+ Mio. units produced in Europe with a total value of ~ 40 billion Market distribution of large and small household appliances (unitwise) Cooking 21% Small household appliances 45% Dishwashing 4% Drying 2% Washing 8% Hoods and Fans 12% Refrigerator 8% 146

134 Household Appliances Refrigeration Low to high end 147

135 Zusammenfassung Displayapplikationen in Deutschland Automotive, Industrie, Medizintechnik, E-Signage und Weiße Ware haben viele identische aber auch unterschiedliche Anforderungen Gleiche Anforderungen: - Lang andauernde Produktion der Displays (Handy 6 Monate) - Hohe Qualitätsanforderungen (Umwelt, Vibration, Temperatur, ) - Lange Lebensdauer (Jahrzehnte statt 2 Jahre bei Handies) Unterschiedliche Anforderungen: - Automotive: moderate Stückzahlen bei hohen Umweltanforderungen - Industrie, Med.: eher kleine Stückzahlen bei moderaten Einsatzbedingungen - Weiße Ware: hohe Stückzahlen bei moderaten Einsatzbedingungen (außer Herd) - E-Signage: Geringe Stückzahlen, oft im Außenbereich 148

136 Professional Display Applications: Requirements (2 nd Draft) Stückzahl pro Jahr Umwelt T, Vibration Lebensdauer Umgebungslicht Hauptanforderung Industrial displays (Messgeräte, ) Professional monitors ( Leitwarte, AV, ) Household appliances (Waschmaschine, Herd) Medical displays (Dignostik) Public displays (Werbung, Information) Automotive displays (Kombi, Navi, ) 150

137 The Race for Size SAMSUNG Cost for GEN 8 Fab = 1 B$ 156

138 The Race for Size SHARP GEN 10 (2.8 x 3.1 m²) fab

139 Summary Professional apps follow CE trends Professional displays with low volume, high requirements and long development duration Major professional applications in Europe: - Automotive - White goods - E-Signage - Industrial - Medical, differ in size & resolution 158

140 Spezifikationen von Displays Es gibt große Unterschiede zwischen Consumer-Spezifikationen (z.b. Verpackungsaufdruck, Werbung) und professionellen Spezifikationen Spezifikationen sind wichtig, da danach gekauft wird Erläutert werden die (für ET/IT & TI) wichtigsten Teile der Spezifikationen: - Elektrisches Interface (Kapitel Embedded Systems & Ansteuerung) - Optische Eigenschaften (Kapitel Display-Messtechnik) 160

141 Consumer Display Spezifikationen Was bedeuten die Angaben? 161

142 What is in a Professional Data Sheet / Specification? Mechanical parameters Connectors Electrical interface Electrical characteristics Shortcomings of a display (technology) are often hidden in specs! Interface timing characteristics Absolute maximum ratings Backlight section for LCDs Optical characteristics µc, IF Reliability tests Handling instructions 162

143 Ausführliche Display Spezifikation (zur Info nicht Klausur) Specification AUO G043FW01 V0 (source Ca. 25 DIN A4 Seiten! 163

144 Ausführliche Display Spezifikation 164

145 Ausführliche Display Spezifikation Many values in specs refer to 25 C but many parameters change with temperature! 165

146 Ausführliche Display Spezifikation 166

147 Ausführliche Display Spezifikation 167

148 Ausführliche Display Spezifikation 168

149 Ausführliche Display Spezifikation 169

150 Ausführliche Display Spezifikation 170

151 Ausführliche Display Spezifikation 171

152 Specification : Reliability Test Items 172

153 Zusammenfassung: Spezifikationen von Displays Professionellen Spezifikationen sind sehr umfangreich Viele Parameter sind ausführlich und korrekt spezifiziert (z.b. Interface, Stecker, Belegung) aber Stecker und Kabel meist exotisch Optische Messwerte sind unter Dunkelraumbedingungen gemessen, die sich nur bedingt auf reale Einsatzbedingungen extrapolieren lassen Evaluierung unbedingt erforderlich Mechanisches Interface und Handling wird oft vernachlässigt 173

154 Summary Professional display specifications have 25+ pages Optical specification and lifetime (WS) Only darkroom 25 C Many topics well specified (SS) Interface Evaluation required! Connector Mechanics 174

155 Anhang Reihenfolge wie original Zur Vertiefung nicht klausurelevant. 175

156 Inhalt 1 Einführung 2 Messtechnik (WS), Embedded Systems with Displays (SS) 3 Touch, E-Paper, OLED, 3D (WS) LCDs (SS) Siehe auch GUI Vorlesung! 176

157 Einführung Ergonomie Warum haben Displays hohe Datenraten und Auflösungen? Warum sind bei vielen Anwendungen monochrome Displays durch farbige ersetzt worden? Wie groß sollte ein Pixel sein? Welche Regeln gibt s es für Fontgrößen etc.? Wie wirken Display und Inhalt zusammen? 177

158 Datenraten der menschlichen Sinnesorgane Sehen Hören 300 MBit/s 20 kbit/s Tasten 10 Bit/s Schmecken 4 Bit/s Wärme 0,1 Bit/s Der Sehsinn hat die höchsten Datenrate bei der Mensch -Maschine Kommunikation (MMI, HMI) 178

159 Informationsverarbeitung Recognized Maximum 1:1 Alphanumerics + graphics + color Alphanumerics bw Speech (for comparison) Information Supplied 179

160 Auge Human Eye Distribution of Rods and Cones Receptor density / 1,000 / mm² 160 Cones Blind spot Rods Eccentricity / Resolution : 1 (spatial), 20+ Hz (frequency), ~ 500,000 colors High resolution and color vision only in a small area (fovea) 180

161 Bedeutung von Displays Displays sind (der wichtigste) Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle Displays stellen große Herausforderungen an die mechanische Gerätekonstruktion Displays sind ein wesentliches Element des Gerätesdesigns Displays vermitteln den ersten Eindruck eines Gerätes (ggf. Kaufentscheidungs-relevant) Aber: Die Inhalte der Displays werden durch Software (Graphical User Interface) bestimmt. Das beste Display nutzt wenig bei schlechtem GUI und umgekehrt. 181

162 Beispiele von GUIs (Example from M. Dahm: Basics of Man - Computer Interaction, PEARSON) 182