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 Ex 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 VC15 (VD 0.5VC ) I k K VD3.5 VC2 (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
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