Nestekidenäyttöjen karakterisointi

The improvement in colour reproduction of display devices calls for accurate characterisation methods of both displays and colorimeters that are commonly used to measure the luminance and chromaticity of displays. This work is part of the project to construct a calibration facility for colour displays and colorimeters at the Metrology Research Institute of Helsinki University of Technology. The scope of the work is liquid crystal displays (LCDs) which is the dominating technology when evaluated in number of manufactured displays at the moment. From the competing technologies based on LCDs, the active matrix displays (TFT) are replacing passive matrix displays (STN) in almost all applications. The theoretical part of this thesis discusses the principles of colourimetry and related properties of LCDs. It also explains how different types of LCDs work and how TFT panels are controlled. A digital signal source was built to feed signals to the displays under test. It is capable of driving a multitude of different types of TFTs and the number of supported panels can be easily increased. The quality of the signal was evaluated by logic analyzer measurements and was found excellent. A setup for characterisation of LCDs was constructed. The setup is built around a diode array based spectroradiometer, which was characterised to have 1.2% uncertainty (k=2) for luminance and (0.0009, 0.0006) uncertainties for (x,y) chromaticity coordinates. The display under test is mounted on a turntable to allow horizontal viewing angle measurements. A set of test measurements was performed with three TFT displays and one STN display. Horizontal viewing angles and colour gamuts of the specimen were defined as suggested in VESA Flat Panel Display Measurements Standard 1.0. The uncertainty of the viewing angle measurements is estimated to be 2.2° (k=2).Näyttölaitteiden parantunut värintoistokyky vaatii tarkkoja karakterisointimenetelmiä sekä näytöille että kolorimetreille, joita käytetään yleisesti näyttöjen luminanssin ja värikoordinaattien mittaamiseen. Tämä työ on osa projektia, jossa rakennetaan kalibrointilaitteisto värinäytöille ja kolorimetreille Teknillisen korkeakoulun Mittaustekniikan laboratorioon. Työ keskittyi nestekidenäyttöihin (LCD), jotka ovat valmistusmäärissä mitattuna yleisin näyttötekniikka tällä hetkellä. Aktiivimatriisitekniikkaa hyödyntävät nestekidenäytöt (TFT) ovat syrjäyttämässä passiivimatriisitekniikalla toimivat nestekidenäytöt (STN) lähes kaikissa sovelluksissa. Työn teoreettinen osuus käsittelee LCD-näyttöjen kolorimetrisiä ominaisuuksia, sitä kuinka erilaiset LCD-näytöt toimivat ja kuinka TFT -näyttöjä ohjataan. Näyttöjen mittauksia varten rakennettiin digitaalinen signaalilähde, joka pystyy sellaisenaan syöttämään näyttösignaalia lukuisiin TFT-näyttöihin ja tuettujen näyttöjen lukumäärää voidaan lähteen modulaarisen rakenteen vuoksi kasvattaa helposti. Tuotetun signaalin laatua arvioitiin logiikka-analysaattorimittauksin ja se todettiin erinomaiseksi. Työssä rakennettiin laitteisto näyttöjen karakterisointia varten. Mittalaitteena on diodirivi-ilmaisimeen perustuva kaupallinen spektroradiometri, jonka epävarmuudeksi (k=2) luminanssimittauksessa määritettiin 1.2% ja (0.0009, 0.0006) mitatuille (x,y) varikoordinaateille. Mitattava näyttö asetetaan kääntöpöydälle horisontaalisia katselukulmamittauksia varten. Rakennetulla laitteistolla suoritettiin testimittauksia kolmella TFT- sekä yhdellä STN-näytöllä. Näytöille määritettiin vaakasuumainen katselukulma ja varintoistoalue kuten VESA FPDM 1.0 litteiden näyttöjen mittausstandardissa suositellaan. Katselukulmamittausten epävarmuudeksi määritettiin 2.2° (k=2)