XIII. Displaytechnologien

Transkript

1 XIII. Displaytechnologien

2 XIII.1 Überblick über den Displaymarkt Displays=Monitore+TVs

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4 CRT: Cathode Ray Tube - die gute alte Kathodenstrahlröhre -erfunden 1897 von Ferdinand Braun (Uni KA )

5 XI.2: Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre 1. Elektronen werden durch thermionische Emission aus Kathode gelöst 2. Kontrollgitter steuert e-fluß 3. Anoden beschleunigen und fokussieren e-strahl 4. Horizontale und vertikale Steuerung des Strahls durch Ablenkplatten (1-4 bei Farbbildschirmen jeweils für 3 e-strahlen)

6 XI.2: Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre 5. Elektronen fallen durch Löcher in Schattenmaske auf verschiedenfarbige Phosphore 6. Elektronen regen Phosphore an 7. Bildschirm leuchtet farbig

7 XIII.2 Flüssigkristalldisplays

8 LCD: Liquid Crystal Display Otto Lehmann (Uni KA) 1888 flüssigkristalline Phasen, Mesophasen

9 Thermothrope Flüssigkristalle (LCs) -nematischer LC: langreichweitige Orientierungsordnung (parallel), zufällige Position -smektischer LC: Positionsordnung in 1D (Schichtstruktur), langreichweitige Orientierungsordnung - cholesterischer LCs: - wie nematisch, aber verdrillt

10 Ordnung in Flüssigkristallen Ordnung wird beschrieben durch den Ordnungsgrad S, θ: Winkel zwischen Molekül und Direktor p(θ): Verteilung der Winkeleinstellungen 1 (3cos 2 θ 1) mit S = 2 π 2 1 cos p( )cos2( )sin( ) θ = θ θ θ dθ 2 0 S=1: perfekter Kristall S=0: isotrope Flüssigkeit

11 XIII.2.1 Optische Eigenschaften von LCs Anisotrope Brechzahlen in LCs -stark anisotrope Polarisierbarkeit - dielektrische Anisotropie ε = ε! ε und damit auch einen anisotropen Brechungsindex es tritt Doppelbrechung auf n = n n e o

12 Doppelbrechung -n e : E-Feld parallel zum Direktor -n o : E-Feld senkrecht zum Direktor Brechzahlellipsoid (Indikatrix)

13 Moleküle in Flüssigkristallen

14 Flüssigkristallmischungen (Bsp: 5CB u. 80CB) -Vergrößerung des nematischen Bereichs im Phasendiagramm durch Mischsysteme

15 Doppelbrechung

16 LCDs:...auch ein deutsches Geschäft!

17 Orientierung - um Anisotropie ausnutzen zu können, muss LC einheitlich orientiert sein - sonst unterschiedlich orientierte Domänen starke Streuung -z.b. durch mechanisches Bürsten

18 Fréedericksz-Effekt in der TN-Zelle -Umlagerung von homogen zu homöotrop bei LCs mit positiver ε- Anisotropie

19 Twisted Nematic LC-Cell

20 Drehung der Polarisation des Lichtes

21 Absorption der nicht gewünschten Polarisation

22 Unterscheidung in NB (Negativkontrast-) und NW (Positivkontrast-) Zellen

23 XIII.2.2 Aufbau einer LC-Zelle - typische LC-Dicke: 10 µm - transparente ITO-Elektroden

24 Schaltverhalten: Transmission

25 Schaltverhalten - zur Vermeidung chemischer Zersetzung der LCs Betrieb mit AC -für den Zustand des Pixels ist die Effektivspannung entscheidend: Vrms = V 2

26 XIII.2.3 Adressierung - im einfachsten Fall: Schalten von Pixel (1,1): -U an y 1 und U an x 1 - Zustand muss gehalten werden - Kontrastoptimierung durch dynamische Adressierung

27 Adressierung - im einfachsten Fall: 3:1 Schema Waser 901 Quelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser (Ed.)

28 Passiv-Matrix: Probleme Transmission V x : Pixel aus V 0 : Pixel an Effektivspannungskontrast bei höherer Zeilenanzahl reduziert

29 Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes -Kennlinie der Orientierung wird steiler Quelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser (Ed.)

30 Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes -Kennlinie der Transmission wird steiler

31 Super-IPS Enables a Super LCD TV viewing experience! Super IPS,, wider viewing angle Super-IPS Mode o 176 o 120 o 170 Actual viewing angle: Best Uniform color quality: Best Actual viewing angle: Poor Uniform color quality: Good Actual viewing angle: Good Uniform color quality: Poor

32 Aktiv-Matrix - Adressierung über Dünnfilm- MOS-FETs - zeilenweise wird über Gate immer nur das jeweilige Pixel durchgeschaltet - Spannung wird über C gehalten - kein Übersprechen - keine Kontrastprobleme - normale TN-LCs möglich

33 Schema eines Aktiv-Matrix-LC-Displays

34 Substrate Size Big Glass Enables Big products - Newer generation means bigger glass and faster TAT times Bigger glass means many more and larger sizes. From 2 up monitors in our Fab 1 to 15 up in our Fab 4, economy scales with size 15 up 1100 x 1250 (Gen 5) Fab x 1200 (Gen 5) Fab 4 Large size Monitor & TV 6 up 4 up 2 up 680 x 880 (Gen 4) 590 x 670 (Gen 3) Fab x 470 (Gen 2) NBPC & Application Area = 1 Fab 2 NBPC & Monitor Fab 3 Monitor x 2.3 x 3.4 x 6.9 x 7.9

35 Fourth-generation Fabs Enabled Great Monitor Growth Fab 3, Kumi, South Korea Fab 3 was the world s 1st Fourth-generation TFT-LCD Fab- April 2000

36 Fifth-generation Fabs Enables Large TVs - 6-up 23-inch, 9-up 18-inch, or even 2-up 42-inch is possible Fab 4, Kumi, South Korea LG.Philips LCD s Fab 4 (Apr. 02) is the world s 1st Fifth-generation TFT-LCD Fab Larger, average product size and increased productivity

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38 Geographic Comparison Korea Remains No. 1 in TFT-LCDs Japanese gave their market share to the Taiwanese, but why? TFT-LCD Shipment Result by region (Unit base) * K units 22, ,038 34% 29% 37% 31% Korea Taiwan The precise future is uncertain, but LG.Philips LCD will remain a market leader! % 32% Japan 0 Others Q4 01 Q4 02 (E) * Source: Market Analysis Journal, Display Search Q1 02 & Q4 02

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40 XIII.3 PDPs

41 Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Plasmaanzeige pixelartige Zündung von Gasentladung ähnlich wie in Leuchtstofflampe einfarbig emittierende Phosphore

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43 XIII.4 OLED-Displays

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47 XIII.5 Projektions-Displays DMDs, LCOS

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49 Our Display Technology Predictions - LCDs are the FLAT TV of choice Flat Advantage ; LCD PC market scale helps enormously! Flat Advantage ; PDP? High voltage = High cost Squeezed on both sides Flat Advantage ; Projection Air is cheap! (Maybe large, printed, LED someday?) FED Dead & Buried with Candescent (Proof that good science, does not win over bad economics) Carbon Nanotube, Etc. Still born Science Soon Economics Far or Never Not Successful Not Successful Mass Dual 15.0 Monitor Philips 50 Wide PDP TV LG Electronics 30 Wide LCD TV