ÿþM a c i e j Z A J K O W S K I , T o m a s z S T A L B O W S K I
B i a l y s t o k T e c h n i c a l U n i v e r s i t y
L C D , D L P p l a n a r l i g h t i n g f i t t i n g
A b s t r a c t . T h e L C D d i s p l a y s e m i t t h e l u m i n o u s f l u x s i m i l a r t o l a m b e r t i a n e m i s s i o n a n d a d d i t i o n a l l y a l l o w t o c o n t r o l t h e s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n .
C o n c e p t i o n o f l i g h t i n g f i t t i n g e n a b l i n g t h e c o n t r o l o f e m i t t e d l u m i n o u s f l u x q u a n t i t y a n d c h a n g e o f c o l o r i m e t r i c p a r a m e t e r s w a s p r e s e n t e d .
S t r e s z c z e n i e . W y [w i e t l a c z e L C D e m i t u j s t r u m i e D [w i e t l n y w s p o s ó b z b l i |o n y d o l a m b e r t o w s k i e g o i d o d a t k o w o p o z w a l a j n a s t e r o w a n i e r o z k Ba d e m
w i d m o w y m e m i t o w a n e g o p r o m i e n i o w a n i a . Z a p r e z e n t o w a n o k o n c e p c j o p r a w y o [w i e t l e n i o w e j u m o |l i w i a j c e j s t e r o w a n i e i l o [c i e m i t o w a n e g o
s t r u m i e n i a [w i e t l n e g o o r a z z m i a n p a r a m e t r ó w k o l o r y m e t r y c z n y c h . ( P l a n a r n a o p r a w a o [w i e t l e n i o w a t y p u L C D , D L P ) .
K e y w o r d s : p l a n a r l i g h t i n g f i t t i n g , L C D , D L P , d i s p l a y .
S Bo w a k l u c z o w e : p l a n a r n a o p r a w a o [w i e t l e n i o w a , L C D , D L P , w y [w i e t l a c z .
I n t r o d u c t i o n d i s t r i b u t i o n ( f i g u r e 2 ) . A n a l y s i n g t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e
B a s i c t a s k o f t h e l i g h t i n g f i t t i n g i s t o m a k e s u i t a b l e l u m i n o u s f l u x o n e a f f i r m s t h e c o n s i d e r a b l e r o t a t o r y
i l l u m i n a n c e o r l u m i n a n c e d i s t r i b u t i o n o n t h e w o r k i n g s y m m e t r y o f t h e l i g h t d i s t r i b u t i o n , w h o s e s h a p e d e p e n d s o n
s u r f a c e . T h i s t a s k i s d i s s o l v e d t h r o u g h e l a b o r a t i o n o f l i g h t - q u a l i t y a n d t h e t e c h n o l o g y o f t h e r e a l i z a t i o n o f L C D d i s p l a y .
o p t i c a l s y s t e m , u s i n g t h e l i g h t s o u r c e a n d e l e m e n t s f o r m i n g
t h e l i g h t d i s t r i b u t i o n e . g . : r e f l e c t o r , l a m p s h a d e , l e n s . T h e
p o s s i b i l i t y o f a n y d e c o r a t i n g w i t h m o u l d i n g s t h e l i g h t b u n d l e
t h r o u g h s u i t a b l e r e f l e c t o r f o r m o r p a r a m e t e r s s e l e c t i o n o f
l e n s o r l a m p s h a d e i s t h e u n q u e s t i o n a b l e a d v a n t a g e o f t h e
t y p i c a l c o n s t r u c t i o n s o f l i g h t i n g e q u i p m e n t . T h e p r o b l e m
e x i s t s b e c a u s e o f f i t t i n g g e o m e t r y ( m a i n l y i t s d e p t h ) a n d t h e
p o s s i b i l i t y o f c o n t r o l l i n g c o l o r i m e t r i c p a r a m e t e r s . T h e d e p t h
o f t h e l i g h t i n g f i t t i n g c a u s e s t h a t f i t t i n g m u s t b e b u i l t i n
h a n g i n g c e i l i n g s o r u t i l i z a t i o n o f r e c e s s i n c e i l i n g s o r w a l l s .
T h e c o n t r o l o f c o l o r i m e t r i c p a r a m e t e r s i s a l s o i n c o n v e n i e n t .
T o o b t a i n t h e c o l o u r f u l l i g h t i n g w i t h d y n a m i c e x p o s i t i o n , i t i s
n e c e s s a r y t o b i n d i n f i t t i n g s e v e r a l l i g h t s o u r c e s w i t h c o n t r o l
o f s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n . T h e R G B L E D d i o d e s a r e s u c h
e l e m e n t s t h a t c a n f u l f i l t h i s t a s k a t p r e s e n t .
C o n c e p t i o n o f p l a n a r l i g h t i n g f i t t i n g , l e a n i n g a b o u t l i q u i d
c r y s t a l s c e l l s o r a r r a n g e m e n t s m i c r o - m i r r o r s ( f i g u r e 1 ) ,
g i v e s c o n t r o l p o s s i b i l i t i e s o f b o t h t h e s p e c t r a l a n d l u m i n o u s
F i g . 2 . B u i l d i n g L C D d i s p l a y c e l l .
f l u x d i s t r i b u t i o n s , t h r o u g h a p p l y i n g t h e p l a n a r o p t i c a l
s t r u c t u r e s .
T h e l i g h t s o u r c e a r e l i n e a r f l u o r e s c e n t l a m p s . T h e
f l u o r e s c e n t l a m p w i t h t h e c o l d c a t h o d e ( C o l d C a t h o d e
a ) b ) c ) d )
F l u o r e s c e n t L a m p s C C F L ) a s s u r e s l o w w a s t e o f e n e r g y a n d
r e l a t i v e l y l a r g e v a l u e o f t h e l u m i n o u s f l u x . T w o t e c h n o l o g i e s
~ 7 0
a r e a p p l i e d : t h e b a c k a n d s i d e i l l u m i n a t i o n ( b a c k l i g h t ) .
T h i s k i n d o f i l l u m i n a t i o n a l l o w s t o t h e c h e a p p r o d u c t i o n
+ 1 0
o f m o n i t o r s , b u t t h e s e r i o u s t e c h n o l o g i c a l l i m i t a t i o n m a k e s
u p s i m u l t a n e o u s l y . T h e C C F L b a c k l i g h t d o e s n o t a l l o w t o
g e t t h e w i d e s p e c t r u m o f c o l o u r s , a p p r o x i m a t e o r l a r g e r
t h a n i n s t a n d a r d k i n e s c o p e m o n i t o r s . T h e a g r e e m e n t i s
s t a n d a r d i n t h e c a s e o f m o n i t o r s m a d e i n t h i s t e c h n o l o g y
w i t h t h e s R G B s p a c e o f c o l o u r s . A d d i t i o n a l p r o b l e m i s t o
c r e a t e t h e m o n i t o r w h i c h h a s s m o o t h i l l u m i n a t i o n s u r f a c e o f
F i g . 1 . T h e c o n c e p t i o n o f p l a n a r l i g h t i n g f i t t i n g : a ) m o d u l e L C D w i t h
s i d e i l l u m i n a t i o n , b ) m o d u l e L C D w i t h b a c k i l l u m i n a t i o n , c ) L C D
s c r e e n . T h e m e r i t o f " f l u o r e s c e n t l a m p s " i s s m a l l q u a n t i t y o f
m o d u l e w i t h t h e l a m p f o r m i n g l u m i n o u s i n t e n s i t y c u r v e , d ) D L P
w a r m t h , s o t h e c h a s s i s o f m o n i t o r c a n b e c o m p a r a t i v e l y
m o d u l e w i t h t h e m a t r i x o f l i g h t s o u r c e s .
s m a l l i n r e l a t i o n t o t h e s u r f a c e o f s c r e e n a n d c o o l e d p a s s i v e
[ 2 ] .
P l a n a r L C D f i t t i n g
T o t h e s c r e e n i l l u m i n a t i o n s i n s t e a d o f f l u o r e s c e n t l a m p s
L i q u i d c r y s t a l s d i s p l a y s a r e b u i l t f r o m b a s i c e l e m e n t s :
a r e a l s o u s e d t h e m a t r i c e s o f L E D d i o d e s ( o n e m o d u l e
- t h e l i q u i d c r y s t a l c e l l s ,
c o n s i s t s d i o d e s i n t h e r e d , g r e e n a n d b l u e c o l o u r ) , w h i c h
- t h e e l e c t r o d e s ,
t h e y e v e n s t e p o u t i n n u m b e r a f e w h u n d r e d . I n t h e r e s u l t ,
- t w o t h i n f o i l s o f w h i c h o n e f u n c t i o n s a s t h e p l o u g h l a n d o f
t h e s u r f a c e o f t h e s c r e e n i s i l l u m i n a t e d v e r y e v e n l y . T h e
p o l a r i z e r a n d s e c o n d a s t h e a n a l y s e r ,
u s e r c a n c o r r e c t t h e v a l u e o f l u m i n o u s f l u x o f e v e r y d i o d e .
- t h e l i g h t s o u r c e ( b a c k l i g h t ) [ 1 ] .
T h e L E D b a c k l i g h t i s i n t r o d u c e d i n f i g u r e 6 .
T o f o r m l i g h t b u n d l e o n e u s e s b a c k l i g h t s y s t e m s . T h e r e
i s a l i t t l e i n f o r m a t i o n a b o u t p h o t o m e t r i c p r o p r i e t y o f
a r r a n g e m e n t s b a c k l i g h t i n t h e l i t e r a t u r e . I n o u r o w n s t u d i e s
w e m a r k L C D s , b e c a u s e o f l u m i n o u s f l u x a n d l u m i n a n c e
P R Z E G L D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y , I S S N 0 0 3 3 - 2 0 9 7 , R . 8 4 N R 8 / 2 0 0 8 1 0 5
. F i g . 5 . T y p e o f s i d e i l l u m i n a t i o n .
F i g . 6 . T h e L E D b a c k l i g h t .
L E D d i o d e a l l o w s t o g e t t h e c o n s i d e r a b l y w i d e r
s p e c t r u m ( f i g u r e 7 ) o f c o l o u r s t h a n s t a n d a r d L C D m o n i t o r s .
T h e c o v e r e d s p a c e o f c o l o u r s i s A d o b e R G B t h e m o s t o f t e n ,
h o w e v e r i n t h e s t a n d a r d L C D i t i s s R G B o r N T S C R G B . T h e
f a u l t o f s u c h d i s p l a y s i s h i g h c o s t o f a p p l y i n g t h i s
t e c h n o l o g y a n d l a r g e q u a n t i t i e s o f w a r m t h e m i t t e d t h r o u g h
d i o d e s , w h i c h c o u l d d e f o r m p l a n a r p l a t e o f b a c k l i g h t , s o i t i s
n e c e s s a r y t o u s e a c t i v e c o o l i n g c h a s s i s o f d i s p l a y .
F i g . 7 . S p e c t r a l d i s t r i b u t i o n o f L E D a n d C C F L b a c k l i g h t s .
F i g . 3 . T h e e x a m p l e o f l u m i n o u s i n t e n s i t y a n d d i s t r i b u t i o n o f
T h e c o n c e p t i o n o f f i t t i n g u s i n g m i c r o - m i r r o r s
l u m i n a n c e i n e q u a l l i g h t i n g c o n d i t i o n s , t w o v a r i o u s L C D d i s p l a y s : a )
H P , b ) N E C . S i n c e s e v e r a l y e a r s l i g h t - o p t i c a l d e v i c e s u s i n g D L P
m o d u l e s h a v e b e e n b u i l t . T h i s a r e m a t r i c e s o f m i c r o - m i r r o r s
( f i g u r e 8 ) , w h i c h a r e a b l e t o m o d u l a t e l u m i n o u s f l u x t h r o u g h
i t s r e f l e c t i o n f r o m m i r r o r s u r f a c e s . E l e m e n t s r e f l e c t i n g i n
D L P m o d u l e s l e a n o u t i n t h e r a n g e ± 1 0 ° f r o m t h e a x i s o f
t h e D L P m a t r i x .
T h r o u g h a r r a n g e m e n t o f l i g h t s o u r c e s i n s p a c e ( e . g . t h e
L E D d i o d e s ) , o n e c a n g e t t h e o b t u s i t y o f t h e l i g h t b u n d l e n o t
l a r g e r t h a n 7 0 ° . T h e c o l o u r f u l p a r a m e t e r s o f s u c h l i g h t -
o p t i c a l a r r a n g e m e n t a r e t h e r e s u l t o f u t i l i z a t i o n o f R G B L E D
F i g . 4 . T y p e o f b a c k i l l u m i n a t i o n
d i o d e s .
1 0 6 P R Z E G L D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y , I S S N 0 0 3 3 - 2 0 9 7 , R . 8 4 N R 8 / 2 0 0 8
o r m i c r o - m i r r o r s a r r a n g e m e n t s i s t h e p o s s i b i l i t y o f i m a g e
p r e s e n t a t i o n o r p r o d u c t i o n o f d y n a m i c l i g h t s c e n e s , t h r o u g h
s i n g l e o p t i c a l c o n s t r u c t i o n , w h a t h a s n o t b e e n p o s s i b l e u n t i l
n o w , i n t h e c a s e o f t h e c l a s s i c c o n s t r u c t i o n s o f l i g h t i n g
f i t t i n g s [ 3 ] .
F i g . 8 . T h e s i n g l e m i c r o - m i r r o r i n D L P m a t r i x .
T h e l a s e r i s t h e m o d e r n s o u r c e o f t h e l i g h t . T h e
c o h e r e n t r a d i a t i o n i s i t s b a s i c f e a t u r e , a n d a l s o
m i n i a t u r i z a t i o n [ 4 ] . L a s e r m o d u l e s R G B ( f i g u r e 9 b ) a r e u s e d
i n p r e s e n t a t i o n a n d l i g h t i n g s y s t e m s , b e c a u s e o f e l i m i n a t i o n
a ) b )
o f e x p e n s i v e a n d i n c o n v e n i e n t i n e x p l o i t a t i o n l i g h t s o u r c e s
F i g . 9 . T h e l a s e r R G B m o d u l e : a ) C I E 1 9 3 1 s p a c e o f c o l o u r s , b )
l i k e d i s c h a r g e l a m p s o r h i g h e n e r g y L E D d i o d e s . T h e b u i l d i n g o f l a s e r m o d u l e .
w a s t e o f e n e r g y i n c o m p a r i s o n w i t h c l a s s i c s o l u t i o n s g o t
l o w e r a b o u t a p p r o x . 5 0 % , c a u s e s e n l a r g e m e n t o f t h e r a n g e F i n a n c e d b y M i n i s t r y o f S c i e n c e a n d H i g h e r E d u c a t i o n
o f c o l o u r s ( f i g u r e 9 a ) t o t h e l e v e l a p p r o x . s i m u l t a n e o u s l y N o . W / W E / 4 / 0 8 .
9 5 % r a n g e o f c o l o u r s p e r c e i v e d b y t h e m a n . T h e l i g h t i s
a d d i t i o n a l l y p o l a r i z e d , a n d l a s e r m o d u l e i s c h a r a c t e r i z e d b y R E F E R E N C E S
[ 1 ] h t t p : / / w w w . p c w o r l d . p l
h i g h e f f i c i e n c y a n d l i f e t i m e a b o u t 5 5 0 0 0 h o u r s .
[ 2 ] d e G e n n e s P . G , . P r o s t J : T h e P h y s i c s o f L i q u i d C r y s t a l s ,
C l a r e d o n P r e s s 1 9 9 3
C o n c l u s i o n s
[ 3 ] D y b c z y Ds k i W . : M i e r n i c t w o p r o m i e n i o w a n i a O p t y c z n e g o , W P B ,
C o n c e p t i o n o f p l a n a r l i g h t i n g f i t t i n g l e a n i n g o n t h e L C D
B i a By s t o k 1 9 9 6
o r D L P t e c h n o l o g y l e t s a c h i e v e a n d o b t a i n t h e n e w g u i l d s o f
[ 4 ] h t t p : / / w w w . n o v a l u x . c o m / d i s p l a y /
l u m i n a i r e . E x c e p t o f f o r m i n g l i g h t d i s t r i b u t i o n ( d y n a m i c w i t h
u t i l i z a t i o n o f t h e m a t r i x m i c r o m i r r o r s i n t h e D L P t e c h n o l o g y ) ,
s u c h f i t t i n g s l e t c o n t r o l i n t h e d y n a m i c w a y , a n d c o n t r o l o f
A u t h o r s :
c o l o r i m e t r i c p a r a m e t e r s l i k e c o l o u r t e m p e r a t u r e o r c o l o u r o f
d r i n |. M a c i e j Z a j k o w s k i , P o l i t e c h n i k a B i a Bo s t o c k a
t h e l i g h t . L i g h t , e m i t t e d f r o m p l a n a r f i t t i n g , s h o w s h i g h W y d z i a B E l e k t r y c z n y , K a t e d r a P r o m i e n i o w a n i a O p t y c z n e g o ,
u l . W i e j s k a 4 5 D / 2 1 8 , 1 5 - 3 5 1 B i a l y s t o k ,
d e g r e e o f p o l a r i z a t i o n b e c a u s e o f a p p l y i n g p o l a r i z i n g f i l t e r s
e - m a i l : m a c z a k @ w e . p b . e d u . p l
i n i t s c o n s t r u c t i o n . T h e c o n s t r u c t i o n o f l o w - l u m i n a n c e
f i t t i n g s i s i n c o n v e n i e n t i n c l a s s i c f o r m u l a t i o n , h o w e v e r i t l e t s
m g r i n |. T o m a s z S t a l b o w s k i , P o l i t e c h n i k a B i a Bo s t o c k a
u t i l i z a t i o n o f p l a n a r s t r u c t u r e s ( p l a n a r o p t i c a l f i b r e s ) a n d
W y d z i a B E l e k t r y c z n y , K a t e d r a P r o m i e n i o w a n i a O p t y c z n e g o ,
L C D o r D L P t e c h n o l o g y , o n p r o j e c t s a n d p r o d u c t i o n o f s u c h
u l . W i e j s k a 4 5 D / 2 1 8 , 1 5 - 3 5 1 B i a l y s t o k
l i g h t - o p t i c a l d e v i c e s . T h e a d d i t i o n a l f e a t u r e o f d e v i c e s
e m i t t i n g t h e l u m i n o u s f l u x t h r o u g h l i q u i d c r y s t a l s s t r u c t u r e s
P R Z E G L D E L E K T R O T E C H N I C Z N Y , I S S N 0 0 3 3 - 2 0 9 7 , R . 8 4 N R 8 / 2 0 0 8 1 0 7
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