Guido Stolfi 1 / 80

Dispositivos de Visualização de Imagem para TV

Princípios de Televisão Digital

Mackenzie

Guido Stolfi 2008

Guido Stolfi 2 / 80

O Tubo de Raios Catódicos

Fósforo

Acelerador

Grades deControle

Catodo

Feixe deElétrons

Bobinas de Deflexão

Guido Stolfi 3 / 80

Velocidade do Elétron em um Campo Elétrico

ve

mE x

21

2

v V 593 105 12.

 

E

e = 1.6 10-19 C m = 9.1 10-28 g

Guido Stolfi 4 / 80

Movimento do Elétron em um Campo Magnético

RV

Bm

338 10 6 12.

Bm

R

Guido Stolfi 5 / 80

Lente Eletrostática

V1 V2

S1 S2

I1 I2

V I V I

mV

V

S

Smagnificação

1 1 2 2

1

2

2

1

12

sen sen

( )

Guido Stolfi 6 / 80

Tubo de raios Catódicos (C. J. Davisson,1937)

Guido Stolfi 7 / 80

Canhão Eletrônico Unipotencial

Va

Vg

Vf

Va

Anteparo

Catodo

Grade

Anodo

Grade de Foco

Tela

Filamento

Guido Stolfi 8 / 80

Canhão Eletrônico Tripotencial

+25 kV

+7 kV

+400 V

-100V

Guido Stolfi 9 / 80

Colimação do Feixe de Elétrons

Catodo (Vc=0)

Va

2ro

0-

0-

rr Ve

Vac

02

2

sen

ro = raio do feixe colimadorc = raio do catodoVa = tensão do anodoVe = tensão equivalente da velocidade de emissão = semi-ângulo de abertura do catodo

Guido Stolfi 10 / 80

Aberração de Esfericidade

Guido Stolfi 11 / 80

Astigmatismo

Guido Stolfi 12 / 80

Distorção de Coma

Guido Stolfi 13 / 80

Curvatura de Campo

Almofada Barrilete

Guido Stolfi 14 / 80

Deflexão Magnética

Bm

R

0- yd

l

bsen .

tan .

2 97 10

2 97 10

5

52

12

12

lB

V

y ll Bm

V

m

d

yb l B

V

k L

VI

bm

m

338 10

2

612

12

.

sen

L= Indutância do Yoke

I= Corrente no Yoke

km= Fator de Sensibilidade

Guido Stolfi 15 / 80

Distorção de Curvatura na Deflexão

Centro de Deflexão

Curvatura da Tela

RtRd

DtDi

Curvatura Ideal

D

D

R

R

D

D

k L

VI

t

i

a

a

t

i

m

tan

sen cos

1

14

2

Guido Stolfi 16 / 80

Corrente de Emissão do Catodo

I KV V V V

I KV V V V

V V V

k D C D C

k D C D C

grade C D

3 0 15

3 5 2

1

0 5

0 5

. .

.

)

( . )

( . )

(

onde Vc = Tensão de corte da grade 1

Vd = Tensão de Sinal na grade 1

K = Constante de Modulação

Guido Stolfi 17 / 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 18 / 80

Circuito de Deflexão Horizontal a Transistor

Vc

Vy

Iy

Id

Ic

Ib

Retraço

E in

L y

L p

T1D d C 1 C s >> C 1

I c , V c

I b

L y

V d C s

R y I y

L y

C s

R y I y

Vce satT1

L y // L p

C 1

E in

Retraço

Segunda Parte Da Varredura

Primeira Parte Da Varredura

Circuito de DeflexãoHorizontal

Guido Stolfi 19 / 80

Excitação do Transistor de Saída Horizontal

Guido Stolfi 20 / 80

Correção de Linearidade Horizontal

Vy

Iy

VLy

V esq E R I V

V dir E R I V

L in Y Yp D

L in Y Yp CEsat

Y

Y

( . )

( . )

Guido Stolfi 21 / 80

Circuito de Correção de Linearidade

Ein

Yoke

CtDd

Largura Linearidade

Cs

N S

Guido Stolfi 22 / 80

Correção “S”

Ly

C1 Cs

Dd

Ib

Ic,Vc

Ein

Tr

Guido Stolfi 23 / 80

Modulador a Diodo para Correção “S” e Controle de Largura

Lp

Ly

CsC1Dd

D'd

Ld

Cdt Cds

Vdc (largura)

Vparabola

Guido Stolfi 24 / 80

Cinescópios para TV a Cores

Guido Stolfi 25 / 80

Cinescópio a Cores com Máscara de Sombra

Máscara

Tela

Matriz Preta

Trio de Pontos

Canhões emDelta

Passo

Guido Stolfi 26 / 80

Canhão “Trinitron” (In-line)

23.1 kV24 kV

0~400V

250~500V

0~100 V

Guido Stolfi 27 / 80

Máscara “Trinitron”

Máscara

Tela

Canhões emLinha

Guido Stolfi 28 / 80

Convergência Estática

N

S

Anel de Pureza:

Plano deDeflexão

Guido Stolfi 29 / 80

Convergência Estática

N

N

Anel de 4 polos:

S S

N

N

6 polos:

S S

N

S

Guido Stolfi 30 / 80

Ajuste de Convergência Estática

6 polos

4 polos

Desajustado

Guido Stolfi 31 / 80

Cinescópio Indexado

R

G

B

ref.

PLL

Guido Stolfi 32 / 80

Excitação do Cinescópio Indexado

R

G

B

uv

R

G

B

uv

RG B

UV

RG B

UV

CORRENTE DO FEIXE

SINAL DO DETETOR

Guido Stolfi 33 / 80

Monitor de Retroprojeção

Retroprojetor comespelhos

Guido Stolfi 34 / 80

Tela de Retroprojeção de Alto Contraste

Lentes CilíndricasMáscara de Contraste

Luz Incidente

Lente de Fresnel

Luz

Projetada

(Vista Superior)

Guido Stolfi 35 / 80

Visor de Plasma

Guido Stolfi 36 / 80

Visor de Plasma

Guido Stolfi 37 / 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 38 / 80

Visor de Plasma (AC Coplanar – 3 Eletrodos)

Guido Stolfi 39 / 80

Estrutura das Células de Descarga

Guido Stolfi 40 / 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 41 / 80

Célula ACC

C1 C2

X Y

A

C6

G1 G2

G3

C3 C4

C5

Guido Stolfi 42 / 80

Curva Característica da Descarga em Gás

Vsm

VfTensão

Corrente

ONOFF

Vs

Guido Stolfi 43 / 80

Formas de Onda para Visor de Plasma ACC

Guido Stolfi 44 / 80

Corrente em uma Célula de Plasma ACC

Guido Stolfi 45 / 80

Corrente em uma Célula de Plasma ACC

Guido Stolfi 46 / 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 47 / 80

Margens ON / OFF x Relação Xe / Ne

Guido Stolfi 48 / 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 49 / 80

Controle de Intensidade

L = 255

L = 77

L = 160

L = 1

Guido Stolfi 50 / 80

Visor de Cristal Líquido (LCD)

Guido Stolfi 51 / 80

Visor de Cristal Líquido

Guido Stolfi 52 / 80

Visor de Cristal Líquido (LCD)

• Visor LCD: RCA, 1968

• Cristal Líquido: F. Reinitzer, 1888

• Moléculas orgânicas com propriedade de auto-alinhamento

• 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 53 / 80

Matriz Passiva e Ativa

Guido Stolfi 54 / 80

Célula de Matriz Ativa

Guido Stolfi 55 / 80

Célula de Matriz Ativa

Guido Stolfi 56 / 80

Endereçamento das Células

Guido Stolfi 57 / 80

Circuito de Acionamento do Visor LCD

Guido Stolfi 58 / 80

Filtros para Visor a Cores

Guido Stolfi 59 / 80

Amplificador Óptico (LCLV – Liquid Crystal Light Valve)

Painel de Fibra Óptica

EletrodoTransparente

FotocondutorVidro

AC

Polarização

Cristal Líquido

Ranhuras de Alinhamento

Luz deProjeção

EspelhoBarreira Opaca

Imagem deEntrada

Guido Stolfi 60 / 80

Sistema de Projeção com Amplificador Óptico

Cinescópio

LCLV

Tela

Óptica deProjeção

Prisma Polarizador

Lâmpada

Guido Stolfi 61 / 80

Outros Sistemas

Guido Stolfi 62 / 80

Visor de Micro-Espelhos (DMD)

0 1 0 1 0 1 1 0

“Digital Micro-mirror Device”

Guido Stolfi 63 / 80

Estrutura do Micro-Espelho

Guido Stolfi 64 / 80

Projetor Seqüencial com Micro-Espelhos

D.M.D.

Filtro Tricolor Lâmpada

Lente

Tela de ProjeçãoR

G

B

Guido Stolfi 65 / 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 66 / 80

Sistema de Projeção a Laser

Laser de Argônio

Laser de Criptônio

B

G

R

Moduladores Ópticos

PrismaDivisor

Motor EspelhoPoligonal

EspelhoOscilante

Tela

Sinc. Horizontal

Sinc. Vertical

EspelhosDicróicos

Guido Stolfi 67 / 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 68 / 80

LED Orgânico (OLED)

Guido Stolfi 69 / 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 70 / 80

SED (Surface-conduction Electron-emitter Display)

Va ~ 4 kVVf ~ 10 V

Guido Stolfi 71 / 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 72 / 80

Protótipo SED 55” (2006)

Luminância: 450 nits; Tempo de resposta: 1 msContraste: 50.000:1

Guido Stolfi 73 / 80

Detalhes Construtivos do SED

Guido Stolfi 74 / 80

Considerações Comparativas

Guido Stolfi 75 / 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 76 / 80

Persistência da Imagem em um TRC

Trajetória do Objeto

Trajetória Média

Movimento Aparente na TV Movimento Original

Imagem com Persistência Baixa

Tempo

Guido Stolfi 77 / 80

Persistência Exponencial da Imagem

Trajetória do Objeto

Trajetória Média

Movimento Aparente na TV Movimento Original

Imagem com Persistência Alta

Tempo

Guido Stolfi 78 / 80

Efeito Visual da Persistência

Movimento Aparente na TV Movimento Original

Guido Stolfi 79 / 80

Persistência no Visor de Plasma

Trajetória do Objeto

Trajetória Média

Movimento Aparente na TV Movimento Original

Imagem com Sub-Frames

Tempo

Guido Stolfi 80 / 80

Persistência no Visor LCD

Trajetória do Objeto

Trajetória Média

Movimento Aparente na TV Movimento Original

Imagem com Persistência

Tempo