Einteilung von Displays DI.1 Quelle für zahlreiche Abbildungen: Prof. Blankenbach, FH Pforzheim (www.k-blankenbach.de)
Einteilung von Displays: Aktiv vs. Passiv DI.2 nicht zu verwechseln mit Aktiv-Matrix und Passiv-Matrix!
Auswahlkriterien für Displays DI.3 -Kontrast -Flackerfreiheit -Schaltzeiten - -Betrachtungswinkel -Auflösung -Farben -Graustufen - -Betriebsspannung -Betriebsstrom -Energieverbrauch -Einschaltzeit -EMV - -Größe -Kosten -Temperatur -
DI.4 Sehschärfe 1 entspricht einer Auflösung von einer Bogenminute Sehschärfe in Abhängigkeit von der Adaptationsleuchtdichte für hohen Konstrast
Display-Auflösung DI.5
Kontrast DI.6 Die Unterschiedsempfindlichkeit ist der Reziprokwert des physiologischen Kontrastes: K L L = Ob U L U L ob : Leuchtdichte des Objektes L U : Umfeldleuchtdichte - die Umfeldleuchtdichte ist entscheidend für die Optimierung des Kontrastes
Negativer und positiver Kontrast DI.7
DI.8
DI.9 Das Problem der variierenden Beleuchtungsstärke Für den Zshg. von Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte gilt bei einem Lambert- Strahler: L = ρe π z.b bei E=10000 lx: - die extreme Dynamik der Beleuchtungsstärke stellte eine große Herausforderung für (automobile) Anzeigeinstrumente da! 0.05 10000lx cd L = 160 2 πsr m
DI.10 Generelle ergonomische Erwägungen: Entspiegelung - Reflexionen/Phantombilder vermeiden durch Antireflexschichten Raue Oberflächen
DI.11 Generelle ergonomische Erwägungen: Entspiegelung
Übersicht über Displaytechnologien DI.12
Überblick über den Displaymarkt DI.13 Displays=Monitore+TVs
DI.14
CRT: Cathode Ray Tube DI.15 - die gute alte Kathodenstrahlröhre -erfunden 1897 von Ferdinand Braun (Uni KA 1883-1885)
Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre DI.16 1. Elektronen werden durch thermionische Emission aus Kathode gelöst 2. Kontrollgitter steuert e-fluß 3. Anoden beschleunigen und fokussieren e-strahl 4. Horizontale und vertikale Steuerung des Strahls durch Ablenkplatten (1-4 bei Farbbildschirmen jeweils für 3 e-strahlen)
Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre DI.17 5. Elektronen fallen durch Löcher in Schattenmaske auf verschiedenfarbige Phosphore 6. Elektronen regen Phosphore an 7. Bildschirm leuchtet farbig
Flüssigkristalldisplays DI.18
LCD: Liquid Crystal Display DI.19 Otto Lehmann (Uni KA) 1888 flüssigkristalline Phasen, Mesophasen
Thermothrope Flüssigkristalle (LCs) DI.20 -nematischer LC: langreichweitige Orientierungsordnung (parallel), zufällige Position -smektischer LC: Positionsordnung in 1D (Schichtstruktur), langreichweitige Orientierungsordnung - cholesterischer LCs: - wie nematisch, aber verdrillt
Ordnung in Flüssigkristallen DI.21 Ordnung wird beschrieben durch den Ordnungsgrad S, θ: Winkel zwischen Molekül und Direktor p(θ): Verteilung der Winkeleinstellungen 1 (3cos 2 θ 1) mit S = 2 π 2 1 cos p( )cos2( )sin( ) θ = θ θ θ dθ 2 0 S=1: perfekter Kristall S=0: isotrope Flüssigkeit
Optische Eigenschaften von LCs Anisotrope Brechzahlen in LCs DI.22 -stark anisotrope Polarisierbarkeit - dielektrische Anisotropie ε = εii ε und damit auch einen anisotropen Brechungsindex es tritt Doppelbrechung auf n = n n e o
Doppelbrechung DI.23 -n e : E-Feld parallel zum Direktor -n o : E-Feld senkrecht zum Direktor Brechzahlellipsoid (Indikatrix)
Moleküle in Flüssigkristallen DI.24 - entscheidend ist eine unterschiedliche Polarisierbarkeit in unterschiedlichen Richtungen
Flüssigkristallmischungen (Bsp: 5CB u. 80CB) DI.25 - die Systeme sind nicht nur optisch sondern auch thermodynamisch komplex -Vergrößerung des nematischen Bereichs im Phasendiagramm durch Mischsysteme
Doppelbrechung DI.26
LCDs:...auch ein deutsches Geschäft! DI.27
Orientierung DI.28 - um Anisotropie ausnutzen zu können, muss LC einheitlich orientiert sein - sonst unterschiedlich orientierte Domänen starke Streuung -z.b. durch mechanisches Bürsten
Fréedericksz-Effekt in der TN-Zelle DI.29 -Umlagerung von homogen zu homöotrop bei LCs mit positiver ε- Anisotropie
Twisted Nematic LC-Cell DI.30
Drehung der Polarisation des Lichtes DI.31 - der zugrundeliegende Effekt ist eine schaltbare Drehung der Polarisation des Lichtes in der Zelle... ähnlich wie bei einem Faraday-Rotator
Absorption der nicht gewünschten Polarisation DI.32
DI.33 Unterscheidung in NB (Negativkontrast-) und NW (Positivkontrast-) Zellen
XIII.2.2 Aufbau einer LC-Zelle DI.34 - typische LC-Dicke: 10 µm - transparente ITO-Elektroden
Schaltverhalten: Transmission DI.35