Dispositivos de Visualização de
Imagem para TV
Princípios de Televisão Digital
Mackenzie
Guido Stolfi
2008
Guido Stolfi
1 / 80
O Tubo de Raios Catódicos
Bobinas de
Deflexão
Fósforo
Catodo
Grades de
Controle
Feixe de
Elétrons
Acelerador
Guido Stolfi
2 / 80
Velocidade do Elétron em um Campo Elétrico
1
2
 2e
v   Ex 
m

E
v  593
. 10 V
5
1
2
e = 1.6 10-19 C
m = 9.1 10-28 g
Guido Stolfi
3 / 80
Movimento do Elétron em um Campo
Magnético
Bm
6
338
. 10 V
R
Bm
1
2
R
Guido Stolfi
4 / 80
Lente Eletrostática
V1 sen I1  V2 sen I 2
1
2
 V1  S 2
m 
 V2  S1
V1
I1
S1
I2
( magnificação )
V2
S2
Guido Stolfi
5 / 80
Tubo de raios
Catódicos
(C. J. Davisson,
1937)
Guido Stolfi
6 / 80
Canhão Eletrônico Unipotencial
Vf
Vg
Anodo
F ila m e n t o
Va
C a to d o
G ra d e
T e la
Va
G ra d e d e F o c o
A n t e p a ro
Guido Stolfi
7 / 80
Canhão Eletrônico Tripotencial
+400 V
+25 kV
-100V
+7 kV
Guido Stolfi
8 / 80
Colimação do Feixe de Elétrons
0-
Va
2ro
0Catodo (Vc=0)
2rc
Ve
r0 
sen 2 Va
ro = raio do feixe colimado
rc = raio do catodo
Va = tensão do anodo
Ve = tensão equivalente da
velocidade de emissão
 = semi-ângulo de abertura do catodo
Guido Stolfi
9 / 80
Aberração de Esfericidade
Guido Stolfi
10 / 80
Astigmatismo
Guido Stolfi
11 / 80
Distorção de Coma
Guido Stolfi
12 / 80
Curvatura de Campo
Almofada
Barrilete
Guido Stolfi
13 / 80
Deflexão Magnética
l
sen   2.97  105
b
Bm
0R
yb 
lBm
V
yd
1
2
y d  l  tan   2.97  105
l 2 Bm
V
b  l  Bm
6
338
. 10 V
1
2
1
2
 km L 
sen   
 I
 2V 
1
2
L= Indutância do Yoke
I= Corrente no Yoke
km= Fator de Sensibilidade
Guido Stolfi
14 / 80
Distorção de Curvatura na Deflexão
Cu rv a tu ra Id e a l
Rt
Rd
Ce n tro d e
D e fle xã o
Cu rv a tu ra d a
T e la
Di
Dt Ra tan 
1


Di Ra sen  cos 
Dt
Dt
km L 2
 1
I
Di
4V
Guido Stolfi
15 / 80
Corrente de Emissão do Catodo
.
I k  K VD3.0 VC15
(VD  0.5VC )
I k  K VD3.5 VC2
(VD  0.5VC )
(Vgrade1   VC  VD )
onde
Vc = Tensão de corte da grade 1
Vd = Tensão de Sinal na grade 1
K = Constante de Modulação
Guido Stolfi
16 / 80
Características de Bobinas Defletoras
Bobina Defletora para 110O, "in-line",Ø=36.5 mm
Horizontal
Vertical
Indutância
1.5 mH
9.7 mH
Resistência Série
1.3 
5.8 
Fluxo Magnético
7.6 mWb
Corrente p/ Deflexão
Plena
2.55 A
1.0 A
Guido Stolfi
17 / 80
y
L
p
L
in
E
Circuito de Deflexão Horizontal a Transistor
c
V
,
c
I
Circuito de
Deflexão
Horizontal
1
1
C
>>
s
C
1
C
d
D
b
I
T
Vc
y
y
s
C
y
d
V
R
I
L
Vy
Iy
y
y
y
s
sat
Vce
C
T
Segunda Parte
Da Varredura
1
R
I
L
Primeira Parte
Da Varredura
Id
p
L
//
y
in
E
L
Ic
1
Ib
C
Retraço
Retraço
Guido Stolfi
18 / 80
Excitação do Transistor de Saída Horizontal
Guido Stolfi
19 / 80
Correção de Linearidade Horizontal
VLY ( esq. )  Ein  RY IYp  VD
Vy
VLY ( dir. )  Ein  RY IYp  VCEsat
Iy
VLy
Guido Stolfi
20 / 80
Circuito de Correção de Linearidade
Ein
Yoke
N
Largura
Dd
S
Linearidade
Ct
Cs
Guido Stolfi
21 / 80
Correção “S”
Ly
Ic,Vc
Dd
C1
Cs
Ib
Ein
Tr
Guido Stolfi
22 / 80
Modulador a Diodo para Correção “S” e
Controle de Largura
Lp
Ly
Dd
C1
Cs
Vdc (largura)
Ld
Vparabola
D'd
Cdt
Cds
Guido Stolfi
23 / 80
Cinescópios para TV a Cores
Guido Stolfi
24 / 80
Cinescópio a Cores com Máscara de Sombra
Canhões em
Delta
Máscara
Tela
Matriz Preta
Trio de Pontos
Passo
Guido Stolfi
25 / 80
Canhão “Trinitron” (In-line)
0~400V
0~100 V
24 kV
23.1 kV
250~500V
Guido Stolfi
26 / 80
Máscara “Trinitron”
Canhões em
Linha
Máscara
Tela
Guido Stolfi
27 / 80
Convergência Estática
Anel de Pureza:
N
Plano de
Deflexão
S
Guido Stolfi
28 / 80
Convergência Estática
Anel de 4 polos:
N
S
S
N
N
6 polos:
S
S
N
N
S
Guido Stolfi
29 / 80
Ajuste de Convergência Estática
Desajustado
6 polos
4 polos
Guido Stolfi
30 / 80
Cinescópio Indexado
R
G
B
ref.
PLL
Guido Stolfi
31 / 80
Excitação do Cinescópio Indexado
U V
R
G B
R
U V
G B
C O R R E N T E D O F E IX E
R
G
B
uv
R
G
S IN A L D O D E T E T O R
B
uv
Guido Stolfi
32 / 80
Monitor de Retroprojeção
Retroprojetor com
espelhos
Guido Stolfi
33 / 80
Tela de Retroprojeção de Alto Contraste
Luz Incidente
Luz
Projetada
Lente de Fresnel
Lentes Cilíndricas
Máscara de Contraste
(Vista Superior)
Guido Stolfi
34 / 80
Visor de Plasma
Guido Stolfi
35 / 80
Visor de Plasma
Guido Stolfi
36 / 80
Visor de Plasma
• Universidade de Illinois, ~1964
•
•
•
•
•
•
•
Emissão UV: Xe-Ne ou Xe-Ne-He
Contraste: 3000:1 (no escuro); 120:1 (ambiente)
Rendimento Luminoso: ~1 a 2 lumens/W
Luminância máxima: 500 ~700 nits
Meia vida: ~30.000 horas (-10% em 5000 horas)
Controle de intensidade pela duração da descarga (PWM)
Visor com excitação AC: maior vida útil
Guido Stolfi
37 / 80
Visor de Plasma (AC Coplanar – 3 Eletrodos)
Guido Stolfi
38 / 80
Estrutura das Células de Descarga
Guido Stolfi
39 / 80
Visor de Plasma ACC
• Camada de MgO : proteção do dielétrico e emissão
secundária de elétrons
• Espessura da camada MgO: ~0.5 m
• Espessura das camadas dielétricas: ~20 m
• Espessura da célula: ~0,1 mm
• Largura dos eletrodos transparentes: ~0,2 a 0,3 mm
• ITO (Óxidos de Estanho e Índio)
• Pressão do gás: ~500 Torr
• Freqüência de excitação: até ~100 kHz
Guido Stolfi
40 / 80
2
C
Y
3
4
6
A
C
C
2
G
5
1
3
C
G
C
G
1
C
X
Célula ACC
Guido Stolfi
41 / 80
Curva Característica da Descarga em Gás
Tensão
Vf
Vs
OFF
ON
Vsm
Corrente
Guido Stolfi
42 / 80
Formas de Onda para Visor de Plasma ACC
Guido Stolfi
43 / 80
Corrente em uma Célula de Plasma ACC
Guido Stolfi
44 / 80
Corrente em uma Célula de Plasma ACC
Guido Stolfi
45 / 80
Descarga Gasosa
• Xenônio
– Concentração: 3 a 10%
– Função: Emissão de fótons UV (~150 nm)
• Neônio
– Função: Reduzir a tensão de ionização do gás
– Alto coeficiente de emissão secundária na camada de MgO
– Inconveniente: emissão de luz visível (alaranjada)
Guido Stolfi
46 / 80
Margens ON / OFF x Relação Xe / Ne
Guido Stolfi
47 / 80
“Fósforos” para Visor de Plasma
• Requisitos:
– Alta eficiência quântica (80% a 95%)
– Alta refletância para luz visível
– Baixa refletância para UV
• Azul: Ba Mg Al10 O17 : Eu2+
• Verde: Zn2 Si O4 : Mn2+
• Vermelho: (Y, Gd) B O3 : Eu3+ e
Y2 O3 : Eu3+
Guido Stolfi
48 / 80
Controle de Intensidade
L=1
L = 255
L = 77
L = 160
Guido Stolfi
49 / 80
Visor de Cristal Líquido (LCD)
Guido Stolfi
50 / 80
Visor de Cristal Líquido
Guido Stolfi
51 / 80
Visor de Cristal Líquido (LCD)
• Visor LCD: RCA, 1968
• Cristal Líquido: F. Reinitzer, 1888
• Moléculas orgânicas com propriedade de autoalinhamento
• Intensidade do Campo Elétrico controla a transmitância da
célula
• Excitação AC para evitar degradação do material
• Inconvenientes: tempo de resposta, ângulo de
visualização
Guido Stolfi
52 / 80
Matriz Passiva e Ativa
Guido Stolfi
53 / 80
Célula de Matriz Ativa
Guido Stolfi
54 / 80
Célula de Matriz Ativa
Guido Stolfi
55 / 80
Endereçamento das Células
Guido Stolfi
56 / 80
Circuito de Acionamento do Visor LCD
Guido Stolfi
57 / 80
Filtros para Visor a Cores
Guido Stolfi
58 / 80
Amplificador Óptico
(LCLV – Liquid Crystal Light Valve)
Eletrodo
Transparente
Polarização
AC
Ranhuras de
Alinhamento
Imagem de
Entrada
Luz de
Projeção
Painel de
Fibra Óptica
Fotocondutor
Barreira Opaca
Vidro
Espelho
Cristal
Líquido
Guido Stolfi
59 / 80
Sistema de Projeção com Amplificador Óptico
Prisma
Polarizador
Cinescópio
Óptica de
Projeção
LCLV
Tela
Lâmpada
Guido Stolfi
60 / 80
Outros Sistemas
Guido Stolfi
61 / 80
Visor de Micro-Espelhos (DMD)
0
1
0
1
1
0
0
1
“Digital Micro-mirror Device”
Guido Stolfi
62 / 80
Estrutura do Micro-Espelho
Guido Stolfi
63 / 80
Projetor Seqüencial com Micro-Espelhos
D.M.D.
Filtro Tricolor
R
B
G
Lente
Tela de Projeção
Lâmpada
Guido Stolfi
64 / 80
Visor de Micro-Espelhos (DMD)
• Texas Instruments, 1995
•
•
•
•
•
Para uso em projetores
Alta luminosidade possível (Fluxo luminoso)
Baixo contraste em ambientes iluminados
Consumo elevado
Vida útil da lâmpada : ~1000 horas
Guido Stolfi
65 / 80
Sistema de Projeção a Laser
Prisma
Divisor
Moduladores
Ópticos
Espelhos
Dicróicos
B
Laser de Argônio
G
Sinc. Vertical
Laser de Criptônio
R
Espelho
Oscilante
Sinc. Horizontal
Motor
Espelho
Poligonal
Tela
Guido Stolfi
66 / 80
LED Orgânico (OLED)
• Eastman Kodak, 1987
• Display emissivo de baixa tensão
• Junção entre camadas de compostos orgânicos ou
polímeros:
– Camada condutora
– Camada emissora
• Materiais: PPV (Poli p-Fenileno Vinileno) e Poli Fluoreno
• Matriz passiva (PMOLED) ou ativa (AMOLED)
Guido Stolfi
67 / 80
LED Orgânico (OLED)
Guido Stolfi
68 / 80
Características do OLED
•
•
•
•
•
Baixo peso, custo e consumo
Pode ser fabricado com técnicas de impressão (ink-jet)
Ângulo de visualização excelente
Boa colorimetria
Displays flexíveis e transparentes são possíveis
• Baixa durabilidade (~ 5000 horas p/ OLED azul)
• Sensível a H2O e O2
Guido Stolfi
69 / 80
SED (Surface-conduction Electron-emitter Display)
Va ~ 4 kV
Vf ~ 10 V
Guido Stolfi
70 / 80
SED (Surface-conduction Electron-emitter Display)
• Canon, Toshiba - 2004
• Protótipos p/ HDTV demonstrados em 2006
• Colorimetria, Ângulo de Visualização e tempo de resposta
excelentes
• Baixo consumo, proporcional ao brilho da imagem
• Processo construtivo similar ao TRC
Guido Stolfi
71 / 80
Protótipo SED 55” (2006)
Luminância: 450 nits;
Tempo de resposta: 1 ms
Contraste: 50.000:1
Guido Stolfi
72 / 80
Detalhes Construtivos do SED
Guido Stolfi
73 / 80
Considerações Comparativas
Guido Stolfi
74 / 80
Aspectos a Serem Considerados Para as Tecnologias
Competitivas em Relação ao TRC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Persistência / Tempo de Resposta
Contraste, Nível de Iluminação Ambiente
Brilho Máximo (Luminância)
Ângulo de Visualização
Resolução Espacial
Homogeneidade de Cor (Local e Global)
Fidelidade de Reprodução de Cores
Durabilidade
Consumo
Custo de Fabricação e Índice de Aproveitamento
Guido Stolfi
75 / 80
Persistência da Imagem em um TRC
Tempo
Trajetória
do Objeto
Imagem com
Persistência Baixa
Trajetória
Média
Movimento Original
Movimento Aparente na TV
Guido Stolfi
76 / 80
Persistência Exponencial da Imagem
Tempo
Trajetória
do Objeto
Imagem com
Persistência Alta
Trajetória
Média
Movimento Original
Movimento Aparente na TV
Guido Stolfi
77 / 80
Efeito Visual da Persistência
Movimento Original
Movimento Aparente na TV
Guido Stolfi
78 / 80
Persistência no Visor de Plasma
Tempo
Trajetória
do Objeto
Imagem com
Sub-Frames
Trajetória
Média
Movimento Original
Movimento Aparente na TV
Guido Stolfi
79 / 80
Persistência no Visor LCD
Tempo
Trajetória
do Objeto
Imagem com
Persistência
Trajetória
Média
Movimento Original
Movimento Aparente na TV
Guido Stolfi
80 / 80