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)1cos3(2

1 2 −><= θS

1. THEORETISCHE GRUNDLAGEN

1.1 WAS SIND FLÜSSIGKRISTALLE? 1888 beobachtete der österreichische Botaniker Friedrich Reinitzer, dass ein unter Cholesterolbenzoat bekanntes Material zwei voneinander verschiedene Schmelzpunkte aufwies. In seinen Experimenten erhöhte Reinitzer die Temperatur von einem solchen Festkörperexemplar und beobachtete die Kristallstrukturänderung zu einer zähen diesigen Flüssigkeit. Er steigerte die Temperatur weiter und das Material wandelte sich in eine klare, transparente Flüssigkeit. Wegen dieser frühen Arbeit von Reinitzer wird ihm die Entdeckung dieser neuen Flüssigkeitskristallphase zugeschrieben.

Flüssigkeitskristallmaterialien sind einzigartig in ihren Eigenschaften und Verwendungen. Sie besitzen im Gewöhnlichen viele gemeinsame Charakteristika. Zu ihnen gehören unter anderem die stäbchenartige Molekülstruktur, die Steifheit der Längsachse und die starke Dipolwirkung. [1]

Im Gegensatz zu Festkörpern, wo die Moleküle in einer streng geordneten, festen Form angeordnet sind, und zu Flüssigkeiten, bei welchen die Molekülstruktur keine spezifische Form aufweist, zeigt der entdeckte Flüssigkeitskristallzustand, dass eine gewisse Tendenz der Moleküllängsachsen vorliegt, in eine bestimmte Richtung zu zeigen. Diese ist nur eine statistische Präferenz für eine Vorzugsrichtung. Sie wird erst nach der Mittelung der Ausrichtung der einzelnen Molekülslängsachsen über eine große Anzahl von Molekülen sichtbar. Sie stellt die Orientierungsachse dar und ist mit dem Einheitsvektor n bezeichnet, bekannt als der nematische Direktor. [3]

Mit anderen Worten liegt die charakteristische Orientierung des Flüssigkeitskristallzustandes zwischen dem eines Festkörpers und jenem einer Flüssigkeit. Er wird als mesogenischer Status bezeichnet, die stäbchenförmigen Moleküle der Flüssigkeitskristallmaterialien nennt man auch Mesogene (mesogens). Man beachte die durchschnittliche Ausrichtung der Moleküle der einzelnen Phasen im Folgenden Bild (Abbildung 1-1). [1]

Abbildung 1-1 [1]

Manchmal ist es jedoch schwierig festzustellen ob ein Material ein Festkörper, eine Flüssigkeit, oder ein Flüssigkristall ist. Kristalline Materialien weisen eine periodische Struktur nach allen drei Dimensionen auf. Eine Flüssigkeit besitzt per Definition keine Struktur. Um den Grad der Ordnung (order) einer Substanz zu verifizieren, wurde ein sogenannter Ordnungsparameter S (orientational order parameter) eingeführt. Er ist definiert als:

Gleichung 1-1 [2]

Abbildung 1-2 [1]

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Theta (θ) stellt den Winkel zwischen Direktor und Längsachse der Moleküle dar (siehe

Abbildung 1-2). Die Klammern in Gleichung 1-1 sollen den Mittelwert über alle Moleküle hinweg kennzeichnen. Für perfekte Ordnung, also in einem idealen Festkörper, ist Theta gleich Null und S wird somit Eins. Im Falle einer Flüssigkeit ist der Cosinus-Term gleich einem Drittel, was zur Folge hat, dass S Null wird. Typische Werte für den Flüssigkeitskristallzustand reichen von 0,3 bis 0,9.

Die Tendenz der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle in eine bestimmte Richtung zu zeigen, führt zu einem, als Anisotropie1 bekannten Zustand. Dieser Ausdruck bedeutet, dass die Eigenschaften eines Materials von der Richtung aus der gemessen wird, abhängig sind. Als erläuterndes Beispiel ist es etwa einfacher ein Stück Holz der Länge nach zu spalten, als gegen die Maserung. Bei Flüssigkristalldisplays wird die optische Anisotropie ausgenutzt. Die so wichtige, bei Flüssigkristallen arteigene vorkommende Anisotropie ist für die einzigartigen optischen Eigenschaften, heutzutage ausgenutzt in zahllosen Applikationen und bis ins letzte Detail von Wissenschafter erforscht, verantwortlich. [1]

1.2 FLÜSSIGKEITSKRISTALLEIGENSCHAFTEN

1.2.1 Elektrochemische Der elektrische Widerstand von Feldeffekt LCD Materialien ist extrem hochohmig. Er liegt in der Größenordnung von 10GΩ pro cm oder mehr. Die Ionenleitung ist für den Volumenladungstransfer (bulk charge transfer) verantwortlich. Die Ionen und Flüssigkristalle als Lösungsmittel bilden eine Elektrolytlösung. Dieses Elektrolyt formt zusammen mit den Elektroden eine elektrochemische Zelle. Im isolierten Zustand wird durch die Ionenwanderung ein konstantes elektrochemisches Potential erreicht. Die Gleichverteilung von Ionen ist von den Eigenschaften der Elektroden und der Lösung abhängig.

Ein Gleichstromfluss erfordert eine anliegende Spannung und einen Ladungsaustausch zwischen der Elektrode und des Elektrolyts. Dieser ist eine Oxidation auf der Anode und eine Reduktion auf der Kathode, verursacht durch eine Veränderung des Elektrodenpotentials. Sind die Redox-Prozesse nicht gänzlich reversibel, verändern sich mit dem Stromfluss die chemischen Eigenschaften einer Zelle.

Der mindest erforderliche Potentialunterschied um einen Redoxvorgang in einem Flüssigkristallmolekül einzuleiten kann mittels elektrochemischen Methoden bestimmt werden und liegt gewöhnlich in einem Bereich von 0,5V bis 2V [2, S.34].

1.2.2 Materials- Stabilität Die verwendeten Materialien für Flüssigkristalldisplays müssen bestimmten Stabilitätsanforderungen genügen. Sowohl die chemische als auch die elektrochemische Stabilität sind von enormer Bedeutung, speziell beim Vorhandensein von unvermeidlichen Verunreinigungen wie Wasser. Die photochemische Stabilität muss ausreichend sein, um UV-Streulicht zu akkomodieren und sichtbares Licht in Projektions-Applikationen zu intensivieren.

1 Eigenart von Kristallen, nach verschiedenen Richtungen verschiedene physikalische Eigenschaften zu zeigen

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Ebenfalls muss das LCD in einem weiten Temperaturbereich funktionieren. Kristallisation bei niedrigen Temperaturen produziert eine Leerstelle im Kristallgitter, Phasentrennung und eine Verschlechterung in der Ausrichtung. Der Gefrierpunkt wird am leichtesten durch Hinzumischen von verschiedenen Komponenten reduziert, um ein Eutektikum2 zu formen. Leider keinen Vorteil ohne Nachteil: Vor allem der Kontrast kann dadurch deutlich nachlassen, aber auch bei hohen Umgebungstemperaturen wird der Blickwinkel geringer.

Da die Elastizitäts-, dielektrischen- und optischen Eigenschaften letztlich alle Funktionen der Temperatur sind, steht und fällt die Performance eines LCDs mit Temperaturänderungen. Deshalb hat man Mixturen entwickelt, um sämtliche ungewollte Temperatureinflüsse bis zu einem gewissen Grad zu kompensieren. Die Material-Mixtur eines LCDs ist kurz und gut so angefertigt, um die optimale Performance eines Flüssigkristalldisplays zu erzielen. [2, S.35]

1.2.3 Chemische

Abbildung 1-3 [4]

Moderne, technologisch relevante Flüssigkristall-materialien bestehen aus sorgsam ausgesuchten Mixturen aus organischen Komponenten. Sie enthalten langgestreckte, stäbchenartige Moleküle und richten sich aufgrund der Wechselwirkungskräfte ihrer Längsachsen vorzugsweise parallel aus. Der Kern besteht aus zwei oder drei aromatischen oder zykloaliphatischen Ringen. Oft befindet sich an einer Seite des Kerns eine aliphatische Endgruppe, an der

anderen ein polarer Substitut wie zum Beispiel Zyan, Chlor oder Fluor (vgl. Abbildung 1-3). [4]

1.2.4 Physikalische Flüssigkristalle haben die besondere Eigenschaft, dass sie zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand noch einen weiteren Zustand aufweisen, die sogenannte flüssigkristalline Phase. Diese Mesophase ist zum einen gekennzeichnet durch den oft milchig trüben, aber vollständig flüssigen Zustand, zum anderen durch die für die LCD-Anwendung so wichtige Eigenschaft der optischen Anisotropie, welche die Grundlage der elektro-optischen Modulation im gesteuerten Bildschirm bildet.

Beim Erhitzen behalten Flüssigkristalle die kristalline Struktur des Festkörpers teilweise bei. Diese aufrechterhaltende Ordnung rührt von der speziellen Struktur der Moleküle her. Nähere Erläuterungen über den Aufbau der Moleküle sind im Abschnitt 1.2.3 zu finden.

Durch Kühlen gefrieren Flüssigkristalle ganz normal zu einem Festkörper. Kontinuierliches Erhitzen bewirkt ein Durchlaufen von mehreren Zuständen, vom Schmelzen des Materials bis zur isotropen Flüssigkeit. Aus intensiven chemischen Forschungen hat man mittlerweile eine beachtlich weite Temperaturspanne von über 150 Grad zwischen einem Festkörper und einer isotropen Flüssigkeit errungen. Eine Vielfalt von differierenden Zuständen können (aber müssen nicht!) innerhalb dieser Spanne auftreten. Sie werden im Folgenden erläutert. [4, S.4]

2 feines kristallines Gemisch zweier oder mehrerer Kristallarten, das aus einer erstarrten, einheitlichen Schmelze entstanden ist und den niedrigsten möglichen Schmelz- bzw. Erstarrungspunkt (eutektischer Punkt) zeigt.

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1.3 DIE EINZELNEN PHASEN Wie bereits erwähnt, befindet sich der Flüssigkeitskristallzustand zwischen dem Kristallinen und dem Flüssigen. Es gibt viele Flüssigkeitskristallzustände, auch Mesophasen genannt, welche die Flüssigkristalle beim sukzessiven Erhitzen über den Schmelzpunkt hinaus durchlaufen. Abbildung 1-4 zeigt die einzelnen durchlaufenen Phasen.

Abbildung 1-4 [3]

1.3.1 Kristalline Phase (crystalline, solid)

Abbildung 1-5 [1]

Wie Abbildung 1-4 verdeutlicht, sind die stäbchenähnlichen Moleküle im festen und kristallinen Zustand auf definierten Gitterpositionen angeordnet. Die linke Abbildung 1-5 zeigt ein Photo der kristallinen Phase.

Dieses und alle folgenden Bilder sind im Polarisationsmikroskop aufgenommen. Dabei befindet sich eine wenige Mikrometer dünne Probe zwischen gekreuzten Linearpolarisatoren. Das linear polarisierte Licht wird durch die Probe in zwei senkrecht zueinander polarisierte Lichtstrahlen aufgespalten, welche die Probe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchqueren. Durch den zweiten Polarisator werden sie wieder auf eine gemeinsame Schwingungsebene reduziert. Aufgrund von Interferenz kommt es zu diesen charakteristischen Farben, die von der Schichtdicke und der Größe der optischen Anisotropie (Doppelbrechung) abhängen. Zusammen mit Defekten in der Struktur ergeben sich charakteristische Texturbilder. [11]

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1.3.2 Smektische Phase

Abbildung 1-6 [1]

Das Wort „smektisch“ (smectic) kommt vom Griechischen Wort für Seife, da die glitschige Substanz, welche am Boden eines Seifenbehälters vorkommt, eigentlich eine Art eines smektischen Flüssigkristalls ist.

In der smektischen Phase sind die Moleküle noch in Ebenen oder Schichten aufgereiht. Die Bewegung ist auf diese beschränkt, was

bedeutet, dass die smektische Phase mehr festkörperähnlich ist als die nematische. Die Moleküllängsachsen schwanken dabei statisch um eine Vorzugsrichtung (Direktor).

Die smektische Phase teilt sich dabei noch in mehrere Unterphasen auf, nämlich in die Phasen SmB bis SmK, die alle ferroelektrisch3 sind, und die SmA Phase, die bei noch weiterem Erhitzen eintritt und einen geringeren Ordnungszustand aufweist. [3]

Abbildung 1-7 [1]

Im zeitlichen Mittel stehen die Molekül-längsachsen in der SmA Phase senkrecht auf der Schichtebene (Abbildung 1-7), während sie bei der SmC Phase einen gewissen Azimutal-Winkel (tilt) Theta (θ) zur Schicht-normalen ausbilden (Abbildung 1-8).

Abbildung 1-8 [1]

Andere smektische Phasen besitzen eine weitere Ordnung innerhalb der Schichtebenen, zum Beispiel durch Ausbildung einer hexagonalen Struktur (SmB). Die wichtigste smektische Phase ist jedoch die SmC Phase,

die bei den sogenannten ferroelektrischen Flüssigkristallbildschirmen (FLCDs) ausgenutzt wird.

Wie in der nematischen, gibt es auch in der smektischen C Mesophase einen chiralen Zustand, designiert als C*. Einheitlich mit smektisch C, besitzt die C* Phase ebenfalls einen gewissen Azimutal-Winkel. Der Unterschied zwischen den beiden ist jedoch, dass sich der Winkel bei der SmC Mesophase von Schicht zu Schicht ändert – man könnte sagen rotiert – und bildet somit eine Helix. Man beachte die Verdrehung des Direktors, repräsentiert durch die grünen Pfeile, in jeder Ebene in der folgenden Abbildung 1-9).

Abbildung 1-9 [1]

3 Substanzen werden ferroelektrisch genannt, wenn sie auch ohne anliegendes elektrisches Feld eine permanente Polarisation aufweisen.

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In einigen smektischen Mesophasen wird die Molekülsausrichtung auch von anderen, darunter-, oder darüberliegenden Schichten, beeinflusst. Deshalb kann ein kleines bisschen Dreidimensionalität beobachtet werden. Smektisch-G ist ein Beispiel, das diese Anordnung demonstriert. [1]

Obiges in anderen Worten erklärt, ist im einfachsten Fall, der smektischen C-Phase (SmC), die lange Achse der Moleküle gegen die Schichtnormale z gekippt, aber die Moleküle können frei auf dem so definierten Tiltkegel rotieren.

Die Phase hat eine zweizählige Drehachse, die sowohl senkrecht zur Vorzugsrichtung der Moleküle n als auch zur Schichtnormalen z steht. Sie zeigt eine spontane Polarisation entlang dieser Achse. Die spontane Polarisation ist temperaturabhängig und verschwindet meist mit kleiner werdendem Tiltwinkel am Übergang von der smektischen C- zur A-Phase. Die folgende Abbildung zeigt die Geometrie der SmC-Phase.

Abbildung 1-10 [11]

1.3.3 Nematische4 Phase (nematic, nematic liquid-crystal (NLC))

Abbildung 1-11 [1]

Sie ist die am häufigsten genutzte Flüssigkristallphase und auch die einfachste von den Flüssigkristallstrukturen. Im Bild Abbildung 1-11 links sind die uniaxialen stäbchenförmigen Molekühle zu sehen, mit Dimensionen in der Größenordnung von 2nm. Die Moleküllängsachsen sind nur noch

4 Von dem griechischen Wort „vnua“

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annähernd parallel ausgerichtet. Rechts ist ein Foto von einem nematischen Flüssigkristall. Die nematischen Moleküle erfahren zwar eine seitliche Verschiebung und Rotation um sich selbst, es ergibt sich jedoch – trotz dieser lokalen Schwankungen – eine mittlere Molekülausrichtung in eine bestimmte Richtung (Direktor).

Die nematische Struktur ist ungepolt, dies bedeutet +n ist physikalisch dasselbe wie –n. Biaxiale nematische Molekülstrukturen sind heute für die Praxis kaum von Bedeutung, sie scheinen derzeit lediglich für akademische Zwecke von Interesse zu sein.

Die Molekülausrichtung in der nematischen Phase führt zu anisotropen Eigenschaften, wie die Doppelbrechung (birefringence). [2, S.20]

Der Phasenübergang von einem nematischen Flüssigkristall in eine Flüssigkeit wird in Abbildung 1-12, die in 12 Einzelphotos untergliedert ist, veranschaulicht. Mit der sukzessiven Steigerung der Temperatur durchläuft das Flüssigkristall in der nematischen Phase mehrere Stadien und wandelt sich bei etwa 240°C in eine isotrope Flüssigkeit, was als komplett schwarzes Bild zu sehen wäre (nicht mehr in der Bilderreihe enthalten).

Abbildung 1-12 [1]

1.3.4 Cholesterische Phase (cholesteric (old); nematic-like (new) liquid-crystal display (CLCD))

Abbildung 1-13 [1]

Eine noch kompliziertere Struktur als die während der SmB Phase haben sogenannte cholesterische Flüssigkristalle, bei denen die Moleküle nicht nur in Schichten angeordnet sind, sondern die Schichten aneinandergereiht eine schraubenförmige Kurve, als Helix bezeichnet, aufbauen (Abbildung 1-13). Man erreicht dies durch Zugabe von

chiralen Molekülen, zumeist Polymeren. Sie kommen etwa in FCLDs zum Einsatz. Aufgrund der relativ starken Ähnlichkeit zur nematischen Phase hat sich der Begriff „chiral nematic

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(N*)“ eingebürgert, als Alternative zum alten „cholesteric“. Der Begriff „twisted nematic“ hingegen ist für Gerätestrukturen reserviert. Die stark temperaturabhängige Periodizität der CLC-Helix ist maßgeblich für die Beugung des sichtbaren Lichtes und somit auch für die erzeugte leuchtend-helle Farbe. [2, S.21]

1.3.5 Ferroelektrische Phase Die nematische Symmetrie war ursprünglich bei einem ungepolten NLC beobachtet worden. Folglich – per Definition – ist ein NLC nicht ferroelektrisch. Die Symmetriebedingungen sind in einem gestörten Bereich des nematischen Flüssigkristalls verletzt, sodass Polarisierungseffekte in dieser Region zustande kommen. Diese lokale Polarisation zusammen mit der Störung ist als der flexoelektrische Effekt bekannt. Dieser Effekt ist im allgemeinen in heutiger Entwicklungsphase für LCD bedeutungslos. Wie dem auch sei, mancherlei Potential ist bereits für Applikationen existent.

Die flexoelektrischen Eigenschaften von nematischen Flüssigkristallen führten zur Vorhersage der Ferroelektrizität in der SC

* Phase. In Anbetracht der Symmetrie ist die SC*

Phase die einfachste, welche Ferroelektrizität aufweist.

Die ferroelektrische SC* Phase kann durch Zugabe von chiralen Molekülen, welche nutzbare

Dipol- Momente aufweisen, erreicht werden. [2, S.24]

Wie oben erwähnt, weisen die nematische und die smektische A-Phase eine zu hohe Symmetrie auf, um vektorielle Eigenschaften wie Ferroelektrizität zu ermöglichen (Prinzip von Curie). Getiltete smektische Phasen chiraler Moleküle jedoch haben eine genügend niedrige Symmetrie.

Abbildung 1-14 [11]

Diese Abbildung zeigt eine modernere Verbindung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls.

Ferroelektrische Flüssigkristalle weisen außerdem eine spontane Verdrillung der Polarisation auf, d. h. es bildet sich eine Helixstruktur aus. Dabei ändert sich die Tiltrichtung leicht von Schicht zu Schicht, so dass die spontane Polarisation bereits nach wenigen Mikrometern verschwindet.

Die Wechselwirkung zwischen elektrischem Feld und spontaner Polarisation der Moleküle hängt linear vom Feld ab. Dies bedeutet, dass ferroelektrische Flüssigkristalle schnell zwischen zwei Zuständen hin- und hergeschaltet werden können, typischerweise innerhalb weniger Mikrosekunden. Dies macht FLCs besonders geeignet für elektrooptische Anwendungen. Am besten geeignet ist die sogenannte oberflächenstabilisierte Geometrie (surface stabilized FLC, SSFLC).

Noch relativ wenig ist über Ferroelektrizität in getilteten Phasen chiraler, Moleküle bekannt, die 1992 von Harald Bock und Wolfgang Helfrich entdeckt wurden und zur Zeit weiter untersucht werden. [11]

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1.4 FUNKTIONSPRINZIP EINES LCDS [5] Im Gegensatz zu Leuchtdioden (LEDs) Elektrolumineszenz- (EL) oder Plasma- Bildschirmen emittieren Flüssigkristalldisplays (LCD Liquid Crystal Display) von sich aus kein Licht, sondern modulieren lediglich das sie durchdringende Licht einer Hintergrundbeleuchtung, eines Projektionssystems oder das einfallende Umgebungslicht. Die einzelnen Bildpunkte wirken dabei wie sehr kleine, elektrisch gesteuerte optische Schaltelemente.

In diesem Abschnitt wird anhand eines twisted nematic (TN) Flüssigkeitskristalldisplays als Beispiel das Funktionsprinzip eines solchen erläutert.

Die parallele Ausrichtung von Flüssigkeitskristallmolekülen entlang Rillen.

Abbildung 1-15 [5]

Die Moleküle sind mit deren Längsachsen parallel zueinander in freier Form ausgerichtet. Wenn nun diese Moleküle mit einer Oberfläche,

welche feine Rillen aufweist (alignment layer), in Berührung kommen, werden sie entlang dieser Rillen ausgerichtet (Siehe Abbildung 1-15).

Die Anordnung von Flüssigkristallen zwischen zwei speziell präparierten Platten

Abbildung 1-16 [5]

Wenn Flüssigkristalle zwischen zwei solch präparierten Oberflächen dazwischengeschichtet sind, ordnen sie sich wie folgt an: Die Moleküle der oberen Platte sind längsseitig in Richtung ‚a‘ und jene der Unteren in Richtung ‚b‘ verankert. Folglich werden die Flüs-sigkristalle in eine gedrehte Anordnung, entsprechend Abbildung 1-16 (Sie zeigt eine Drehung um 90°, mit einer TN Zellstruktur übereinstimmend) gezwungen.

Licht wandert entsprechend durch den Zwischenraum der Molekülsanordnung.

Abbildung 1-17 [5]

Wie in Abbildung 1-17 leicht zu erkennen, folgt das Licht der Molekülsstruktur der Flüssigkristalle. Wenn die Molekülanordnung wie in der Abbildung um 90° gedreht ist, drehen die eintreffenden Lichtstrahlen ebenfalls um diese 90°.

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Beim Anlegen einer Spannung ordnen sich die Flüssigkristallmoleküle neu an.

Abbildung 1-18 [5]

Wenn eine Spannung, aber auch eine andere externe Kraft auf die Flüssigkeitskristallstruktur einwirkt, ordnen sich die Flüssigkristallmoleküle vertikal entlang des elektrischen Feldes an, sodass einfallende Lichtstrahlen geradlinig und ungehindert durch die Molekülsstruktur hindurch können (

Abbildung 1-18).

Zwei Polarisierungsfilter blockieren das Licht.

Abbildung 1-19 [5]

Das Licht kann passieren, wenn zwei Polarisierungsfilter so wie in Abbildung 1-19, links ausgerichtet sind.

Die Lichtstrahlen werden bei zwei so wie in Abbildung 1-19, rechts ausgerichteten Polari-sierungsfilter geblockt.

Aus einer Kombination von zwei Polarisierungsfilter und einer nematischen Drehzelle entsteht ein Flüssigkeitskristalldisplay

Abbildung 1-20 [5] Wenn zwei Polarisierungsfilter mit ihrer Polarisierungsachse zueinander um 90° gedreht zwischen der Flüssigkeitskristallstruktur angeordnet werden, wird das von oben einfallende Licht entlang der Helixstruktur der Flüssigkeitskristallmoleküle um 90° umgelenkt, um den unteren Filter ebenfalls passieren zu können (Abbildung 1-20, links).

Mit dem Anlegen einer Spannung wird nun die Helixform, in der sich die Moleküle befanden, wie zuvor beschrieben ausgedreht, um zu verhindern, dass Licht durch den zweiten Polarisierungsfilter dringt (Abbildung 1-20, rechts).

Ein Flüssigkeitskristalldisplay funktioniert also so wie ein optischer Verschluss (shutter), der durch das Anlegen einer Spannung das Licht nicht mehr durchlässt.

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1.5 ARTEN DER LCDS Wie die Skizze darstellt, existieren grundsätzlich drei verschiedene Arten von LCDs. Sie können entweder Umgebungslicht reflektieren, Hintergrundlicht durchscheinen lassen, oder beides. Die Eigenschaften der drei Arten werden im folgendem näher erläutert.

Abbildung 1-21 [6]

1.5.1 Transmissive LCDs Transmissive LCDs besitzen keine reflektiven Eigenschaften (das heißt, sie reflektieren kein Umgebungslicht) und müssen deshalb in Kombination mit einer Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, sodass die dargestellte Information auch sichtbar werden kann. Von der Helligkeit dieser abhängig, können sie bis zu starken Umgebungslicht eingesetzt werden. Abbildung 1-22 zeigt die schematische Darstellung eines solchen transmissiven Flüssigkeitskristalldisplays.

Abbildung 1-22 [6]

Die nächste Seite zeigt ein transmissives LCD zur besseren Übersichtlichkeit in dreidimensionaler Darstellung (Abbildung 1-23)

Spiegel

LC-Display

LC-Display

LC-Display

transmissiv reflektiv transflektiv

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Abbildung 1-23 [6]

1.5.2 Reflektive LCDs Bei reflektiven LCDs wird das einfallende Umgebungslicht bei einem, am unteren Polarizer angeklebten Reflektor dazu verwendet, um das Display zu beleuchten. Reflektive LCDs können daher nicht hintergrundbeleuchtet werden. Aufgrund des äußerst geringen Stromverbrauches (wegen entfallender Hintergrundbeleuchtung) werden sie deshalb gerne in batteriebetriebenen Geräten eingesetzt und versprechen zudem den besten Kontrast bei starkem Umgebungslicht.

Die Vor- und Nachteile dieser Art von Flüssigkristalldisplays sind nun in Kurzform aufgelistet:

Vorteile: • Einfache Struktur

• Einfach in ein transflektives Display umzuwandeln

• Wenig Stromverbrauch

• Hoher Kontrast bei guten Beleuchtungsbedingungen

Nachteile: • Parallaxenproblem

• Schattenbilder (z.B. ist die Wiese blau statt grün (Extremfall))

• Color shut-off (einfallendes Umgebungslicht tritt durch Grün-Filter durch, wird am unteren Reflektor reflektiert und tritt beim Blau-Filter beispielsweise aus)

• Kann in der Dunkelheit (ohne Vordergrundbeleuchtung) nicht eingesetzt werden

Verbesserungen: • LC-Zellenparameter

• Dünneres Glassubstrat

• Optimierte Farbfilter

Polarizer

Polarizer

Glass

Color filter

Active plate

LC Cell (Seal line and LC)

Column drivers

Row drivers

Light guide Backlight

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1.5.3 Transflektive LCDs Transflektive Flüssigkeitskristalldisplays setzen sich aus einer Mixtur von reflektiven und transmissiven Displays zusammen, wobei der rückwärtige Polarizer von halbdurchlässiger Art ist. Sie sind mit einer Hintergrundbeleuchtung kombiniert und können bei allen Lichtverhältnissen betrieben werden. Die Hintergrundbeleuchtung kann – zum Vorteil des geringen Stromverbrauchs – somit bei hellem Umgebungslicht entfallen. Transflektive LCDs erblassen nicht, selbst wenn sie für längere Zeit dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt sind. Mit nur geringer Einbuße im Kontrastverhältnis ist diese Art von LCDs am universellsten einsetzbar!

1.6 TECHNOLOGIEN DER LCDS Es gibt viele unterschiedliche Technologien der Fertigung von Flüssigkeitskristalldisplays, jedes mit einzigartigen Eigenschaften. Die bedeutendsten Typen werden nun zusammengefasst.

1.6.1 DSM Die allerersten Flüssigkristalldisplays waren DSM (Dynamic Scattering Mode = dynamische Streuung) -LCDs. Auf sie wird in diesem Dokument nicht näher eingegangen, da die im Folgenden beschriebenen TN-LCDs heute zum Standard geworden sind.

1.6.2 TN Die heutzutage gewöhnlichen Displays, welche in Uhren, Taschenrechner u.s.w. eingesetzt werden, sind TN-LCDs. Als TN (Twisted-Nematic) bezeichnet man Flüssigkeiten, welche die Polarisationseben des Lichtes um 90° drehen. Aber auch fast alle aktiven Matrix Displays (siehe 1.7, Ansteuerung) nutzen die TN Technologie.

Abhängig von der Feldstärke, können TN Displays neben hell (normally white) und dunkel (normally black) auch verschiedenste Graustufen darstellen. Wie die Moleküle auf eine angelegte Spannung reagieren stellt ein wichtiges Unterscheidungszeichen der verschiedenen Technologien dar.

Die Verwendung von TN Typen in Verbindung mit einer simplen Matrixadressierung (vgl. Abschnitt 1.7.5, Passive Matrixadressierung) verursacht einen immer schwächer werdenden Kontrast bei gleichzeitiger steigender Anzahl von zu treibenden Spalten und Zeilen. Um diesen Effekt zu kompensieren, wurden neue Technologien von LCDs erforscht und entwickelt. Sie sind im Folgenden aufgeführt.

Im dynamischen Verhalten von einem TN Display bestimmt die Einstellzeit der TN Kristalle die Transmission von Licht durch die Zelle. In Abbildung 1-24 auf der nächsten Seite ist die prozentuale Transmission als Funktion der Spannung zu sehen.

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Abbildung 1-24 [1]

Die vertikalen Linien repräsentieren jene Spannungen, bei denen die Zelle ein- beziehungsweise ausgeschaltet ist. Um viele Bildpunkte mittels Multiplexing zu adressieren, dürfen die Unterschiede zwischen ein- und ausgeschalteten Zustand nur sehr gering sein. Dies gestaltet sich mit der traditionellen TN Struktur ziemlich schwierig. Das Problem wurde mit der

Erfindung des STN-Displays gelöst.

Es wird noch darauf hingewiesen, dass die Transmission für ein TN-LCD aufgrund von polarisiertem Licht theoretisch maximal 50 Prozent beträgt. [1]

1.6.3 STN STN (Super Twisted Nematic) Displays weisen, wie der englische Name schon verrät, einen stärkeren Drehungsgrad auf. Im Gegensatz zur TN-Struktur, welche um 90° dreht, drehen STN Displays um 270°. Durch diese zusätzliche Rotation entsteht eine steilere Spannungs-Helligkeits-Kurve.

Abbildung 1-25 [1]

Diese elektrooptische Kennlinie bewirkt einen größeren Betrachtungswinkel, einen höheren Kontrast, selbst bei großen Bildschirmen, mit der Ansteuerspannung. Aus diesem Grunde kann ferner der Grad bis zu dem Multiplexing möglich ist, stark erhöht werden.

Weiters erhält man in dieser Technik aufgrund der Doppelbrechung eine gewisse Färbung des Displays, die Abbildung 1-26 zeigt.

Abbildung 1-26 [7]

Die gängigsten Farbgebungen nennt man „yellow-green“ und „blue-mode“. Ein sogenannter „gray-mode“ erscheint in der Praxis auch mehr blau als grau.

Um den ungewünschten Farbeffekt zu kompensieren, verwendet man ein FSTN-Display (siehe Abschnitt 1.6.6).

Weitere Nachteile der STN-Technik bestehen in der schwierigen Realisierung von Graustufen bei steiler elektrooptischer Kennlinie (ca. 2 mV bei 6-bit-Farben) [8], sie zeigt starkes Übersprechen (ghosting) von bis zu 30%, einen relativ geringen Blickwinkel, geringen Kontrast (Verhältnis ca. 30:1) und mit ca. 300ms Ansprechzeit ist sie weitaus langsamer als die TFT-LCDs (siehe Abschnitt 1.6.7). Dies äußert sich in typischen Schlieren und Nachzieheffekten bei schnellen Bewegungen, zum Beispiel des Mauspfeils. Vor allem die Trägheit macht STN-Displays für Aufgaben ungeeignet, bei denen sich der Bildschirminhalt häufig und schnell ändert (Video...).

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1.6.4 DSTN Ein Dual Scan Super Twisted Nematic Liquid Crystal Displays ist einfach ein STN-LCD mit einer früher entwickelten Technologie darauf angewandt.

In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren war die LC-Chemie noch nicht weit genug fortgeschritten, um große Displays herzustellen. Die Hersteller waren gezwungen, zwei Displays auf einer Glasplatte aufzubringen.

DSTN Flüssigkristalldisplays nutzen eine ähnliche Technologie. Anstatt die Spaltenleitungen bis zum Ende des Displays durchlaufen zu lassen, hören sie in der Mitte auf, werden also elektrisch unterbrochen, und laufen anschließend bis zum Ende der Anzeige durch. So hat man zum Beispiel nun zwei 640 x 240 Displays auf einem Glassubstrat untergebracht. Wenn Treiberchips oben und unten am Display angebracht sind, hat das zur Folge, dass die Ladungsmengen nur noch die Hälfte der Strecke eines gewöhnlichen LCDs zurücklegen müssen. Das Ergebnis ist ein höherer Kontrast. Das Display scheint heller zu sein, in Wirklichkeit ist jedoch das Schwarz dunkler.

Leider übernehmen DSTN-LCDs auch all jene Probleme, welche in langsamen STN Displays innewohnend sind (Schattenbilder,...).

1.6.5 TSTN TSTN (Triple Super Twisted Nematic) LCDs verwenden 2 hauchdünne hoch polymere Doppelbrechungsfilme (double refraction film), welche ober- und unterhalb der Zelle platziert sind, um Farbverfälschungen auszugleichen. Mit anderen Worten: Um schwarzweiß Displays von außergewöhnlicher Qualität zu erzeugen.

1.6.6 FSTN Sie sind wie die TSTN LCDs aufgebaut und enthalten einen einlagigen Film. Wie bereits im Abschnitt 1.6.3 erwähnt, wird die FSTN Technik dazu verwendet, um den ungewünschten Farbeffekt zu kompensieren. Die dadurch entstehenden Lichtverluste machen diese Technik allerdings nur für beleuchtete Displays sinnvoll.

1.6.7 TFT TFT-LCDs (Thin Film Transistor = Dünnfilmtransistor) sind von ihrem physikalischen Aufbau her herkömmliche TN-LCDs. Der Unterschied liegt lediglich in ihrer Adressierungsweise. Wie ein TFT funktioniert ist dem Kapitel 1.7, Ansteuerung zu entnehmen.

Viele Firmen haben, um die Qualität ihrer Farbbildschirme zu verbessern, die Dünnfilmtransistortechnologie adaptiert. Diese Transistoren, welche direkt bei den einzelnen Pixel sitzen, eliminieren mit einem Schlag all jene Probleme, welche nicht TFT-LCDs besessen haben.

Es ergeben sich gegenüber anderen LCD-Technologien folgende Vorteile von TFT-LCDs:

1. Keine Doppelbildereffekte mehr à exzellente Displayqualität

2. Eine schnelle Ansprechzeit von rund 25ms à Darstellung von Videos wird möglich

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3. Durch die aktive Ansteuerung (siehe Abschnitt 1.7.6) ein geringes Übersprechen von maximal 1%

4. Kontrastverhältnisse von cirka 140:1 (bei überarbeiteten TFT-Technologien sogar bis 300:1)

5. TFT Schirme können erheblich dünner fabriziert werden

6. Deshalb sind TFT Displays auch um einiges leichter als nicht TFTs

7. Vollfarbendisplays

Gegenüber Röhrenmonitoren (CRTs) bieten TFTs aber noch weitere Features:

1. TFT-LCDs erzeugen keine Strahlung mehr, deshalb sind sie auch

2. Unempfindlich gegen äußere Störfelder

3. Flimmerfrei

4. Geringe Stromaufnahme à Einsatz in Mobilgeräten wird möglich

5. Geringe bis keine (bei reflektiven Displays) Wärmeentwicklung

6. Fast keine Alterung/Abnutzung/Reduzierung der Lebensdauer

7. Wenig Platzbedarf durch geringe Bauftiefe

8. Keine Linearitätsprobleme

Natürlich ergeben sich auch einige Nachteile gegenüber Standard-LCDs:

1. Diese Technologie ist um etliches teuerer, denn

2. für jedes einzelne Pixel ist ein Transistor erforderlich, d.h. für VGA-Auflösung etwa sind 92. 000 (640x480x3) Transistoren erforderlich, während für XGA Auflösung schon

3. 2,359.296 (1024x768x3) Transistoren vonnöten sind! Bei UXGA gar 5,760.000

4. Außerdem muss jeder dieser unzähligen Transistoren perfekt sein – wenn auch nur einige wenige versagen, dann sind diese Pixel permanent ein oder ausgeschaltet und das gesamte Display wird somit unbrauchbar, da man zum Beispiel bei einem komplett schwarzen Bild leicht ein ausgefallenes Pixel, wo die Hintergrundbeleuchtung hindurchscheinen kann, mit dem bloßen Auge erkennt! Die Anzahl der benötigten Transistoren und damit letztendlich auch der Ausschuss bei der Fertigung steigt quadratisch zur Bildschirmgröße - ein Grund, warum gerade große TFTs immer noch sehr teuer sind.

5. Der Herstellungsprozess ist um ein Vielfaches aufwendiger als bei nicht aktiven Matrixsystemen.

Die Anwendungsgebiete eines TFTs liegen vor allem im Mobilsektor. Laptops, Digitalkameras und seit neuesten auch schon Mobiltelefone nützen diese Technologie, sowie im Bereich der Industrie, Medizintechnik, etc. Aber auch im Bereich Television halten bereits die ersten TFT Displays Einzug.

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1.6.8 D-TFD D-TFD Displays (Digital Thin Film Diode) sind eine Weiterentwicklung von TFT-LCDs. Zum Unterschied zu letzteren kommt statt einem Transistor eine Diode zum Einsatz. Dies bietet folgende Vorteile:

1. Höhere Apertur5 à höhere Helligkeit

2. „Digitale“ Ansteuerung, da Diode nur als Schalter fungiert

3. Einfacherer Herstellungsprozess

4. Geringerer Stromverbrauch

Erfreulicherweise hat die D-TFD Technologie alle Features von TFT-Displays behalten.

Die Struktur der D-TFD Displays ist im Abschnitt 1.7.6.2 nähergebracht. [9]

1.6.9 Cholesterische LCDs [10] Die Funktionsweise von ChLCDs (Cholesteric Liquid Crystal Display) ist folgende: Cholesterische Flüssigkristalle können zwei stabile Strukturen annehmen: Eine planare reflektive Textur (reflective planar texture), in welcher Licht reflektiert wird, oder eine transparente fokal-konische Textur (focal conic texture). Wenn sich hinter einer Displayzelle ein schwarzer Untergrund befindet, und diese sich im transparenten Zustand befindet, wird der Untergrund gezeigt und das Display erscheint schwarz. Wegen dieser Bistabilität ist es möglich, ein LCD mit extrem hoher Auflösung zu produzieren, was der Erscheinung von Tinte auf Papier gleichkommt!

Im Folgenden sind Bilder in 200facher Vergrößerung von der planaren und fokal-konischen Textur dargestellt:

Reflective planar Weakly scattered focal conic

Planar State photo (bright) Focal-conic State photo (dark)

Abbildung 1-27 [10]

5 Apertur = Verhältnis von lichtdurchlässiger Fläche zur Gesamtfläche (Eine Diode benötigt weniger Platz als ein Transistor.) Die Struktur eines TFT-LCDs ist in Abbildung 1-33 zu sehen, die der Diode in Abbildung 1-37.

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Nun folgen die Unterschiede zwischen Standard-LCDs und ChLCDs. ChLCDs verfügen über einzigartige Eigenschaften. Der wichtigste Gegensatz liegt darin, dass ChLCDs das letzte ans Display gesandte Bild unendlich lange darstellen können ohne jeglichen Strom zu verbrauchen! Weiters besitzen ChLCDs einen weiten Betrachtungswinkel, da keine Notwendigkeit für Polarizer oder eine Hintergrundbeleuchtung besteht. Ein anderer bedeutender Unterschied ist der außergewöhnliche Kontrast, welchen ChLCDs aufweisen, besonders im dirketen Sonnenlicht.

Die Features im Einzelnen:

1. (Fast) kein Stromverbrauch

Ein cholesterisches Flüssigkristalldisplay ist eine fortschrittliche reflektive Display-technologie, welche einen bistabilen, nichtflüchtigen Displayspeicher besitzt. Sobald ein Bild in das ChLCD geschrieben worden ist, bleibt es unendlich lange am Display erhalten, auch wenn der Strom abgeschaltet ist, bis ein neues Bild erzeugt wird. Dieses zusammen mit dem reflektiven Feature ermöglicht es dem Display, äußerst energiesparend zu sein!

2. Hoher Kontrast

ChLCDs weisen wegen der reflektiven Natur der cholesterischen Flüssigkeit einen hohen Kontrast auf. Eine Displayzelle verhält sich wie eine Ansammlung winziger Spiegel, jeder einzelne 50% Umgebungslicht reflektierend. Der Gesamtreflexionsfaktor wird von der Bandbreite, der Winkelverteilung der einzelnen Spiegel und der Depolarisierung des einfallenden Lichtes innerhalb der Zelle limitiert. Die resultierende Gesamtreflexion erreicht cirka 40% des einfallenden Umgebungslichts.

3. Selektive Adressierung

Der Anwender hat die Möglichkeit des selektiven Löschens und Ändern von Displaybereichen, ohne die verbleibenden zu beeinflussen.

4. Außergewöhnlich hoher Betrachtungswinkel

ChLCDs weisen viele nützliche Merkmale auf, eines davon ist der weite Betrachtungswinkel. Da weder Polarizer noch Hintergrundbeleuchtung vonnöten sind, kann eine Person, die in einem sehr schrägen Winkel zum Display steht, die Informationen darauf genauso gut ablesen wie etwa eine, die sich direkt davor befindet.

5. Bistabiler Speicher

In einem bistabilen LCD besitzt das Displaymaterial selbst diese speichernden Eigenschaften. Energie wird nur zum Ändern des Displayinhaltes benötigt.

Weitere Eigenschaften der ChLCDs:

• Cholesterische Flüssigkristalldisplays funktionieren in einem Temperaturbereich von 0° bis +70°C, gelagert können sie zwischen –50° und +105°C werden. Falls während des Betriebes der Temperaturbereich unter- beziehungsweise überschritten wird, wird das Display nicht beschädigt! Unter 0°C wird die Aktualisierungsrate extrem langsam, sobald die Temperatur unter –20°C sinkt, hört es einfach auf zu funktionieren. Im anderen Extremfall (über 70°C) wird das Display ganz gelöscht bis die Temperatur wieder kleiner geworden ist. Beide Reaktionen sind also komplett reversibel.

• Das Display kann, aber sollte nicht hintergrundbeleuchtet werden. Die 3 Vorteile der ChLCDs sind so gut wie kein Stromverbrauch, ein großer Betrachtungswinkel und der hohe Kontrast. Im Falle einer verwendeten Hintergrundbeleuchtung würden diese drei Vorteile verloren gehen.

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1.6.10 Ferroelektrische LCDs (Ferroelectric Liquid Crystal Display FLCD)

Diese Art von LCDs nutzt die smektische C Phase (siehe Abschnitt 1.3.2), da diese aufgrund ihrer Ferroelektrizität relevant für Anwendungen ist. Ferroelektrizität bedeutet, dass Substanzen auch ohne anliegendes elektrisches Feld eine permanente Polarisation aufweisen.

So kennt das ferroelektrische Flüssigkeitskristalldisplay zwei stabile Zustände. Ein elektrischer Impuls reicht aus, um die dünne FLCD Schicht in den anderen stabilen Zustand zu versetzen, ein permanentes Anliegen einer Steuerspannung wird somit überflüssig. Mit anderen Worten sorgt die Bistabilität dieser LCDs für die Speicherung des aktuellen Zustands, unabhängig von der angelegten Steuerungsspannung und ermöglicht dadurch eine Passivadressierung in großem Umfang. Durch Umpolung der angelegten Spannung wird jeweils der andere Zustand erreicht.

Die Schaltzeiten von Ferroelektrischen LCDs sind ebenfalls um vieles kürzer, als jene von vergleichbaren herkömmlichen nematischen LCDs. Erreicht wurden Schaltzeiten von ungefähr 10µs!

Aufgrund der vielen Vorteile von ferroelektrischen Displays wird erwartet, dass diese eine neue Generation von großen Displays mit hohem Kontrast und weitem Betrachtungswinkel einleiten.

Die Features von solchen Displays in Kurzform:

1. Memory-Funktion

2. Die aktive Matrixansteuerung (siehe Abschnitt 1.7.6) erlaubt ein Erzeugen großer Displays mit hoher Qualität.

3. Schelle Reaktionszeit von 10µs pro Bildelement

4. Weiter Betrachtungswinkel

5. Hoher Kontrast

Die Probleme: 1. Die Ansteuerung muss mit relativ hoher Spannung (60V und mehr) erfolgen.

2. Die Stoßfestigkeit, Hochspannungsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit ist noch immer zu niedrig.

3. Die kontinuierliche Abstufung ist wegen Stabilitätsfaktoren schwierig

4. Wegen der niedrigen Bildwiederholrate sind ferroelektrische LCDs nicht für bewegte Bilder geeignet.

5. Die Herstellung von ferroelektrischen LCDs gestaltet sich ziemlich schwierig.

Es gibt natürlich auch weitere Arten von ferroelektrischen LCDs, diese jedoch zu erläutern würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen.

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1.7 ANSTEUERUNG / ADRESSIERUNG Im Kapitel 1.4 wurde beschrieben, worauf das Funktionsprinzip eines LCDs oder eines einzelnen Bildpunktes beruht, in diesem Abschnitt wird erläutert, auf welche verschiedene Arten solch ein Bildpunkt überhaupt angesteuert werden kann.

1.7.1 LC – Anforderungen an die Ansteuerung Im Allgemeinen werden Flüssigkeitskristalldisplays, ungeachtet des Displaytyps und der Art der Ansteuerung, deren Prinzipien im Folgenden erklärt werden, mit Wechselspannung, nicht mit Gleichspannung angesteuert, um das Flüssigkristallmaterial vor der Zersetzung mittels elektrochemischer Prozesse zu bewahren. In anderen Worten wird fortwährend eine positive und im darauffolgenden Zyklus eine gleich große, jedoch negative Ladungsmenge in das LC-Material eingespeist. Mit dieser Technik beträgt die Ladungssumme im LC-Material im Mittel immer gleich Null.

Dieser Tatsache zufolge werden Bildschirmschoner oder ähnliches überflüssig.

1.7.2 Grundprinzipien der Ansteuerung Die Art der Ansteuerung beschreibt die angewandte Methode, um Ladung (Daten, das anzuzeigende Bild) von der Peripherie zum Display zu transferieren. In anderen Worten ist das jener Prozess, in welchem die einzelnen Pixel ein- und ausgeschaltet werden, um beispielsweise ein Bild zu erzeugen.

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten der Ansteuerung:

1. Statische Ansteuerung (Abbildung 1-28)

2. Multiplexansteuerung oder Matrixansteuerung (Abbildung 1-29)

Die statische Ansteuerung wird bei kleinen Displays mit wenigen Bildpunkten gewählt, die aktiviert werden müssen. Mit dieser Art der Ansteuerung führt von jedem Pixel im Display eine separate Leitung zur Treiberschaltung, die im Allgemeinen in einem Mikroprozessor implementiert ist. Eine weitverbreitete Anwendung einer direkten Ansteuerung ist das klassische 7-Segment Display, dessen Einsatzgebiet in Uhren, Taschenrechner etc. zu finden ist. Statisch angesteuerte Displays haben den besten Kontrast und den größtmöglichen Blickwinkel. Die kostengünstige TN-Technologie erfüllt hier voll ihren Zweck (s/w. Darst).

Abbildung 1-28 Abbildung 1-29 Bei größeren, höher auflösenderen Displays und der daraus resultierenden steigenden Zahl der Bildpunkte könnte man die vielen Leitungen von jedem einzelnen Bildpunkt nicht mehr auf dem Substrat unterbringen. Deshalb bedienen sich Grafikdisplays der Matrix-adressierung. Bevor das Prinzip im Abschnitt 1.7.4 erklärt wird, ist zunächst abgebildet, wie die Struktur eines Ansteuersystems, basierend auf dem Matrixprinzip, aussieht:

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1.7.3 Struktur des Ansteuerungssystems

Abbildung 1-30

Abbildung 1-30 zeigt die typische Struktur eines LCD-Ansteuersystems. Die Ansteuerelektronik teilt sich auf in direkt an das LCD kontaktierte Treiberschaltungen für die Zeilen und Spalten und in ein Interface, das verschiedene Eingangssignale so umarbeitet, dass damit die Treiber in einer gewünschten Betriebsart kontrolliert werden können. Einige Arten von LCDs benötigen außerdem eine Hinterleuchtungseinheit (siehe Abschnitt 1.5), die jedoch unabhängig von den anderen Schaltungsgruppen arbeitet.

Die Zeilen- und Spaltentreiber sind meist Seriell-Parallel-Konverter. Sie wandeln ein zeitlich hintereinander am Treibereingang anliegendes Signal in örtlich nebeneinanderliegende Signale um, die dann auf die Zeilen- und Spaltenleitungen des LCDs geschaltet werden. Zur Auswahl geeigneter Treiber werden Forderungen an die Realisierbarkeit gewünschter Ansteuerschemata, an die Anzahl der darstellbaren Graustufen, an den Ausgangshub usw. aufgestellt. Die Eigenschaften der nach diesen Kriterien gewählten Treiber (analoge oder digitale Dateneingänge, Anzahl der Ausgänge, maximale Abtastrate usw.) bestimmen den internen Aufbau der dann zu entwickelnden Interface-Schaltungen maßgeblich.

Zum vereinfachten Aufbau von Interface-Schaltungen existiert zwar fertige Hardware wie zum Beispiel Ein-Chip-Controller, die aus einigen Eingangssignalen alle Steuersignale für einen bestimmten Treiber erzeugen, zunehmend werden jedoch komplette Interfaceschaltungen angeboten.

1.7.4 Prinzip der Matrixadressierung Im Gegensatz zu einer Kathodenstrahlröhre, welche aus einem Vakuumgehäuse – in dessen eine Oberfläche aus Phosphor mit einem Elektronenstrahl beschossen wird – besteht, setzt sich ein grafikfähiges LCD aus einer fixen Matrix von Bildpunkten (in Abbildung 1-31 grün dargestellt), zusammen.

Wie bereits erwähnt, wächst die Zahl der Leitungen die von den Pixelelementen zur Treiberschaltung führen, mit der Auflösung eines statisch angesteuerten Displays linear an. Alleine bei einer Auflösung von 640 x 480 Bildpunkten (VGA) wären das bereits 307200 Leitungen! Da so viele Leitungen weder auf dem Display noch auf einem Ansteuer-IC Platz

Eingangssignale

Betriebsarten

Zei

lent

reib

er

z Z

eile

n

s Spalten

Spaltentreiber

Schaltnetzteil

LCD

Hintergrund beleuchtung

Inte

rfac

esch

altu

ng

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fänden, bedient man sich des Multiplexbetriebs. Das Display wird also in Zeilen und Spalten aufgeteilt. Der Schnittpunkt zwischen einer Zeilen- und Spaltenleitung bildet ein Pixelelement.

Abbildung 1-31 [6]

Die horizontalen und vertikalen Ansteuerleitungen für die Pixel laufen unmittelbar auf derselben Oberfläche neben den Bildpunkten vorbei.

Bei einer VGA-Auflösung benötigt man demnach nur mehr 640 + 480 = 1120 Leitungen und genauso viele Treiber.

Wenn nun ein elektrischer Impuls von einem Treiber-IC-Ausgang in eine Zeilenleitung gesendet wird und eine bestimmte Spaltenleitung mit der gemeinsamen Elektrode (common, common electrode) verbunden ist, kann das entstehende elektrische Feld den Status dieses so ausgewählten Pixelelementes ändern. Beim Einschalten dieses Pixels beispielsweise wird das Licht der Hintergrundbeleuchtung nicht mehr durchgelassen und der vorher rot erleuchtete Bildpunkt (wegen des roten Farbfilters) erscheint nun schwarz. Dieser Prozess wird für jeden einzelnen Bildpunkt wiederholt (Bildzerlegung, display scanning) und in dieser Weise wird die darzustellende Information (Bild, Buchstaben, etc.) am Display sichtbar. Dadurch dass immer nur eine Zeile aktiv ist (bei 10 Zeilenleitungen ergibt das eine Multiplexrate von 1:10), leidet mit zunehmender Multiplexrate der Kontrast und auch der Blickwinkel. Das erfordert unbedingt den Einsatz von STN-Displays.

Die Elektronen eines CRT wandern durch das widerstandsfreies Vakuum und liefern somit ein klares, konsistentes Signal. Die Ladung, welche in den Zeilen- und Spaltenleitungen in der LCD Matrix transportiert wird, ist durch die Materialeigenschaften dieses Leiters beeinflusst. Die Leitungen bestehen gewöhnlich aus Indium Zinn Oxid (Indium Tin Oxide, ITO), einem halb transparenten Metalloxid. Als Ergebnis kann die Amplitude und die Kurvenform am anderen Ende des Displays von der ausgesendeten differieren, was sich natürlich negativ auf die Displayqualität auswirkt. [13]

Es gibt 2 verschiedene Adressierungsarten, nämlich die passive und die aktive Adressierung. Passive Matrixdisplays (siehe Abschnitt 1.7.5) nutzen die direkte Adressierung, wo die Ladung direkt von den Zeilen- und Spaltentreibern zum Pixelelement fließt, aktive Matrixdisplays nutzen die indirekte Adressierung, wobei die Ladung nur auf Wunsch durch einen elektronischen Schalter (=aktives Element) zur Pixelelektrode durchgelassen wird. Nähere Details und Unterschiede werden in den Abschnitten 1.7.5 und 1.7.6 eingehend erklärt.

LC Pixel

Zeilenleitung

Spaltenleitung

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1.7.5 Passive Matrixadressierung (PMLCD) Probleme ergeben sich, wenn die Auflösung, sprich die Anzahl der Zeilen und Spalten steigt. Mit der so zwangsläufig erhaltenen höheren Pixeldichte muss die Leitungsbreite zwischen den Pixel (und auch diese selbst) erniedrigt werden. Die Spannung, die nötig ist, um das Display zu treiben, steigt rasch an. Das bringt bei der passiven Matrixadressierung wiederum ein nächstes sekundäres Problem mit sich: Übersprechen (ghosting). Obwohl nur eine einzige Zeilen- und Spaltenleitunge mit einem entsprechenden Impuls von den Treiberchips selektiert wurde (zum Beispiel: schwarz), kommt es aufgrund von Kapazitäten zur (teilweisen) Aktivierung der benachbarten Bildpunkte (zum Beispiel: grau). Bei PMLCDs ist der einzelne Bildpunkt ja nicht hochohmig von den restlichen durch ein Schaltelement getrennt (vgl. PMLCDs (Abbildung 1-31) mit AMLCDs (Abbildung 1-32)) Dies reduziert den Kontrast und degradiert die Bildqualtität.

Es taucht aber noch ein weiteres Problem bei passiven Matrixdisplays (Passive Matrix Liquid Crystal Display, PMLCD) auf: Die Durchstrahlung, also die Helligkeit eines Pixels wird durch den Mittelwert der anliegenden Spannung innerhalb eines Frames bestimmt. Die Effektivspannung (RMS) ergibt sich aus der Spaltenspannung während der Adressierung eines bestimmten Pixelelementes und der Spaltenspannung während der Ansteuerung der verbleibenden Bildpunkte. Aus diesem Grunde muss die Reaktionszeit des LC-Materials genügend lange sein, um Flickern, welches durch Effektivspannungsänderungen während der Ansteuerung der restlichen Pixel verursacht wird, zu verhindern. So wird meist STN-Material oder Derivate davon eingesetzt, die alle Schaltzeiten zwischen 150ms und 250ms aufweisen und somit Flickern verhindern, jedoch bei schnelleren Bewegtbildern (zum Beispiel Videoclips) Schlieren nach sich ziehen. Um dies zu unterbinden und infolgedessen auch wirklich mit der Performance eines CRT mithalten zu können, muss ein LCD jedoch in weniger als 40ms reagieren. [13]

Aus diesem Grunde setzt man heutzutage bei Anwendungen, welche die Darstellung von flinken Bewegungen erfordern, gerne aktive Matrix Displays ein.

1.7.6 Aktive Matrixadressierung (AMLCD) Die aktive Matrixadressierung wird im Folgenden anhand eines TFT-Displays erklärt, es gibt aber natürlich auch noch andere aktive Matrixdisplays. Das D-TFD-Display zum Beispiel ist in Abschnitt 1.7.6.2 erläutert.

1.7.6.1 TFT-LCDs

Um die Probleme, welche STN oder passiv Matrix Displays besitzen, zu eliminieren, wurde das aktive Matrixdisplay (Aktive Matrix Liquid Crystal Display, AMLCD) entwickelt.

AMLCDs haben einen Dünnfilmtransistor (Thin Film Transistor, TFT) oder eine Diode (siehe Abschnitt 1.7.6.2, D-TFD-LCDs) am Glassubstrat bei jedem Pixel integriert, welcher die einzelnen Bildpunkte indirekt adressieren kann. Abhängig vom LCD Hersteller wird das TFT-Display, aus amorphem Silizium (amorphous silicon, a-Si) oder polykristallinem Silizium (polycrystalline silicon, p-Si) gefertigt. Auf die Beschreibung der beiden unterschiedlichen Materialien wird im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen.

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Der Dünnfilmtransistor isoliert ein Pixelelement von den restlichen komplett und eliminiert somit das Problem des Übersprechens. In anderen Worten agiert der Transistor als simpler Schalter, der den Bildpunkt bei Bedarf ein- oder ausschaltet (Siehe folgende Abbildung).

Abbildung 1-32 [6]

Wie Abbildung 1-32 veranschaulicht, wird das Gate des Dünnfilmtransistors, welcher in Form eines Feldeffekttransistors ausgeführt ist, aktiviert, sobald eine Zeilenleitung spannungsführend ist. Der Schalter wird eingeschaltet, dies wiederum erlaubt, dass Ladungsträger von der Spaltenleitung zu den Pixel fließen können und das Bild für diesen Zyklus festsetzen. Danach, sprich sobald der „Schreibvorgang“ in die Bildpunkte einer kompletten Zeile abgeschlossen ist, wird diese Zeilenleitung verkehrt gepolt (der Schalter wird abgeschaltet), um sicherzustellen, dass keine Ladungsträger von den Spalten zum Pixelelement fließen können. Demzufolge sind die betreffenden Bildpunkte nun zur Gänze von den restlichen isoliert, die nun sukzessive nach dem gleichen Prinzip adressiert werden.

Die Flüssigkristalle fungieren als Kondensator und speichern die Ladung. Wie auch bei einem „normalen“ Kondensator sinkt die Spannung nach einer e-Funktion und die Flüssigkristalle beginnen sich zu entdrillen. Weil die Ladung einer Zeile erst wieder beim nächsten Zyklus (das ist erst nach 480 Zeiteinheiten bei einem VGA-Display) aufgefrischt werden kann, entstehen als Resultat Helligkeitsunterschiede zwischen der ersten und der letzten Zeile, also ein nicht einheitliches Bild. Um diesen Schönheitsfehler auszumerzen, befindet sich – wie Abbildung 1-33 zeigt – bei jedem TFT-Display ein zweiter Speicherkondensator parallel zu dem LC-Material direkt bei jedem Bildpunkt.

Abbildung 1-33 [8 und 6]

LC Pixel

Masse

Zeilenleitung

Spalten-

leitung Schalter

LC Pixel (ver-bunden mit Drain des TFT)

gemeinsame Elektrode

Zeilenleitung

verbunden mit Gate des TFT

Spaltenleitung

verbunden mit Source des TFT

Schalter = TFT

ITO

TFT

Speicherkondensator

Sp

alte

nle

itu

ng

Zeilenleitung

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Die Summe der Kapazitäten stellt sicher, dass die Spannung, mit der ein Bildpunkt angesteuert wurde, auch wirklich bis zum nächsten Ladungsimpuls konstant bleibt und damit ein einheitliches Bild garantiert. Mit anderen Worten reagiert das TN-Material eines AMLCDs – welches mit 40ms viel schneller schalten kann als STN-Material – auf die momentane Spitzenspannung (instantaneous peak voltage) – im Gegensatz zum RMS-Wert eines trägen PMLCDs. Diese Eigenschaften geben AMLCDs die Fähigkeit, dass sie erstens schnelle Bewegungen gut darstellen können, zweitens das Übersprechen fast zur Gänze eliminiert wird, und drittens das exakte Beibehalten der Ladungsspannung eines Pixels bewerkstelligen. Somit kann das LC-Material verlässlich auch mit einer Teilspannung angesteuert werden. Infolgedessen sind erstklassige Graustufen- und Farbdisplays möglich geworden zu realisieren. Mit passenden Treiber-ICs und dementsprechend hochwertigen Dünnfilmtransistoren gelingt es heutzutage 256 Graustufen und 24-Bit Farbdisplays zu erzeugen. [13]

Abbildung 1-34 zeigt abschließend die schematische Darstellung (Querschnitt) eines Dünnfilmtransistors in einem Display.

Abbildung 1-34 [6]

Zusammenfassung Passiv- Aktiv Matrix LCD

PMLCDs AMLCDs

• Pixelelemente werden mit zeitgemulti-plexten Zeilenimpuls angesteuert

• LCD Moleküle reagieren mit dem Spannungsmittelwert (RMS) ð

• Langsame Reaktion (ca. 200 - 300ms), und

• Geringerer Kontrast, da mit steigender Multiplexrate der Spannungsmittelwert eines Pixels sinkt

• Übersprechen 5-30%, da während Zeiten der Nichtadressierung das Pixelelement Daten von anderen Zeilen "sieht"

• Low- cost Technologie

• Typische Displays: Schwarzweiß-, Zeichendisplays; Farb STNs

• Pixelelemente werden individuell mittels Schalter angesteuert ð

• Teure Technologie (aktiver Schalter bei jedem Bildpunkt)

• LC-Moleküle reagieren auf die momentane Spitzenspannung ð schnelle Reaktion (typ. 30ms)

• Während Zeiten der Nichtadressierung hat Schalter sehr hohe Impedanz ð Pixelelement ist völlig isoliert, hält zugeführte Ladung aufrecht ð Hohe Multiplexraten möglich und dadurch ð

• Hohes Kontrastverhältnis (bis 300:1)

• Typische Displays: Minifernseher, Laptop, Digitalkameras, Messgeräte, ...

Tabelle 1-1

Gate Source Drain n + a-Si a-Si Pixel

Glassubstrat

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1.7.6.2 D-TFD-LCDs

Wie bereits erwähnt, sind bei D-TFD-LCDs (Digital Thin Film Diode Liquid Crystal Displays) die Schaltelemente statt dem Transistor zwei Dioden. Folgende Abbildung zeigt, wie die einzelnen Bildpunkte mit den Dioden als Schalter und den Zeilen- und Spaltenleitungen zusammenhängen:

Abbildung 1-35

Wie man auch aus folgender Abbildung erkennen kann besitzt die D-TFD Technik mehrere Vorteile:

Abbildung 1-36 [6]

1. Bei der Ansteuerung entfällt die beim TFT-LCD erforderliche Anbindung an die gemeinsame Elektrode. Der eine Anschluss des Bildpunktes ist mit der Zeilenleitung, der andere mit der Spaltenleitung verbunden.

2. Die Dioden als Schalter benötigen weniger Platz

3. Zusätzlich entfällt der Speicherkondensator, da dieser bereits in den Dioden integriert ist.

4. Diese drei Vorteile bewirken wiederum eine größere Apertur, die die gelbe Fläche der Abbildung 1-36 darstellt.

5. Die Ansteuerung erfolgt digital. Diese Diode verhält sich wie ein Diac. Über einer gewissen Spannung ist sie leitend, darunter sperrt sie.

6. Der Herstellungsprozess von zwei Dioden gestaltet sich um etliches einfacher als von einem Transistor. Zum Vergleich betrachte man die beiden Abbildungen Abbildung 1-34 und Abbildung 1-37.

Abbildung 1-37 [6]

LC-Pixel

Diode

ITO ITO

Spaltenleitung

TFT Zeilenleitung

Speicherkondensator

TFD

Cr (B) Ta2O5 Ta (A)

ITO

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1.8 STAND DER TECHNIK – ZUKUNFTSPERSPEKTIVEN

1.8.1 Analoge und digitale Ansteuerung von LC-Displays Während konventionelle Röhrenmonitore Bildsignale weitgehend analog verarbeiten und daher im Regelfall mit analogen Signalen beschickt werden, geschieht die Ansteuerung von LC-Displays – egal ob aktiv oder passiv, im Notebook oder für den Desktop – intern auf digitalem Wege. Dennoch werden bislang vorwiegend Displays mit analogem Eingang angeboten. Aus gutem Grund: Schließlich lieferte bis vor kurzem jede VGA-Grafikkarte ausschließlich Analogsignale zur Ansteuerung eines Röhrenmonitors. Entsprechend benötigt ein LC-Display mit Analog-Eingang einen Wandler, der das analoge Signal in Digitaldaten umsetzt.

Das Ganze ist im Grunde genommen überflüssig, denn jede Grafikkarte verarbeitet die Bilddaten des Rechners zuerst digital. Damit das Bild aber auf einem Röhrenmonitor dargestellt werden kann, wandelt sie ihre Daten über den sogenannten Digital-Analog-Konverter (DAC) in analoge Signale um. Was bei normalen Monitoren notwendig ist, ist bei LC-Displays grotesk: Diese zweimalige Umwandlung führt zu einer schlechteren Bildqualität.

Die Hersteller reagieren auf diesen Umstand und liefern Grafikkarten und LCDs, die ohne analoge Umwandlung auskommen. Hier wäre LVDS und DVI zu erwähnen. Das spart nicht nur die Kosten für den Digital-Analog-Konverter auf der Grafikkarte und für die Digitalisier-Einheit im LC-Display ein, sondern verbessert auch die Bildqualität, da die verlustträchtigen Wandlungsprozesse wegfallen. Obendrein verbessert sich die Handhabung der Geräte, denn die häufig zeitaufwendige Justierung, die ein analoges Signal erfordert, wie etwa die Anpassung an die Phasenlage des VGA-Signals, entfällt ebenso.

Einige neuere Grafikkarten im PC Bereich bieten eine weitere Buchse (DVI), die neben dem analogen VGA-Signal auch Digitaldaten zur Verfügung stellt. Im Bereich der Industrie werden auch LVDS sowie Videoschnittstellen (S-VHS und FBAS) geboten

Angesichts der wachsenden Beliebtheit von LC-Displays und den Bestrebungen der Hersteller, auch konventionelle Röhrenmonitore mit digitalem Anschluss zu bestücken, dürfte diese Anschlussart bald zur Standardausrüstung gehören. [14]

1.8.2 Helligkeit Besonders im Industriebereich wird möglichst hohe Helligkeit in Verbindung mit langer Lebensdauer gefordert. Bis vor kurzem hat dies ca. 200cd/m2 bei einer Halbwertszeit der CFL Röhre von ca. 20.000 h bedeutet.

NEC geht bei der Helligkeit schon bis 400cd/m2 (teilweise sogar bis 500cd/m²). Und rüstet nun fast alle Displays für den Industriebereich auf diese neuen Leuchtröhren um. Die Longlife-CFL Röhren haben eine typische Halbwertszeit von 50.000 h bei maximaler Helligkeit - also auch bei maximalem Lampenstrom. Dies ist wichtig, da eine erhöhte Lebensdauer in der Vergangenheit mit minimierten Lampenstrom und somit reduzierter Helligkeit erkauft wurde. Dies wird durch einen erhöhten Quecksilberfülldruck der Lampe erreicht.

Weiterhin wurde die Verlustleistung bei der Einkopplung des Lichtes in das Lichtverteilungssystem (Lightguide, Diffusor, Reflector) verbessert. Helligkeiten von bis zu 500cd/m2 für ein 20,1" Flüssigkeitskristalldisplay sind bereits möglich geworden. [14]

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1.8.3 Hochreflektive TFTs Das Gegenteil von hoher Helligkeit stellt die Forderung nach geringer Einbautiefe, reduziertem Energieverbrauch und Gewichtsersparnis dar. Diese Forderung wird vor allem im Bereich der mobilen Anwendungen gestellt.

Reflektive Farbmodule waren bislang zwar möglich, aufgrund der schlechten Qualität aber nicht einsetzbar. Führende Hersteller haben nun eine Technologie entwickelt, durch welche der Kontrast und die Farbsättigung bei ausreichender Helligkeit gewährleistet sind.

Die sogenannten hochreflektiven-TFTs (high reflective TFTs, HR-TFTs) sind bereits in der Freigabephase. Das einfallende Umgebungslicht wird hierbei zur Beleuchtung des LCDs eingesetzt. Das Farbdisplay benötigt somit keine Hinterleuchtung und kann reflektiv betrieben werden. Das einfallende Licht spiegelt sich hierbei auch an den reflektierenden Elektroden und hinterleuchtet das Display. Durch den Einsatz dieser Micro-Reflektionsstruktur (MRS) kann der Energieverbrauch des Displays drastisch um ca. 80% reduziert werden. Hierdurch benötigt das Display nur noch zwischen 0,05W und 0,3W Energie. Weitere Vorteile dieser Technologie sind die Gewichtsersparnis sowie die erheblich flachere Bauform, die zwischen 2,5mm und 4mm liegt. Die 262.144 darstellbaren Farben erscheinen in einem Kontrastverhältnis von 1:10 bei einem Reflektionsgrad von bis zu 30%. Die Kombination dieser – aus heutiger Sicht – hervorragenden Parameter prädestiniert diese Technologie für den Einsatz in mobilen Anwendungen beziehungsweise es können ganz neue Anwendungsgebiete für TFT Produkte erschlossen werden. [14]

1.8.4 LC-Module aus Plastik: Der Einsatz von Plastik LCDs ist momentan noch auf spezielle Anwendungen reduziert. Mobiltelefone oder Pager werden bereits mit den extrem leichten (Faktor 4 gegenüber Glas) und dabei aber sehr robusten LC-Modulen ausgestattet. Der vier- bis fünffach höhere Preis kann bei diesen Anwendungen durch kostengünstigere Einbaumöglichkeiten fast zur Gänze ausgeglichen werden.

Durch ein neues Verarbeitungsverfahren konnte man die Gasdurchlässigkeit des Materials der Plastik-LCD-Module auf ein Minimum reduzieren, wodurch die Lebensdauer erhöht wird. Die Technologie beschränkt sich momentan auf STN-Displays, wobei TFT-Versionen in Labors bereits erprobt werden. [14]

1.8.5 „All in one – System on Panel“: Heutzutage taucht bei großen Displays ein signifikantes Handicap – nicht nur bei TFTs – auf: Mit steigender Auflösung des Displays erhöht sich zwangsläufig auch die Anzahl von einem der kostenintensivsten Elemente: Die externe Treibertechnologie. Die Matrix von einem 1024 x 768 Pixel auflösenden Display wird demnach von 1024 Spalten- und von 768 Zeilentransistoren angesteuert. Das ergibt 1792 Konnektoren, welche zum Display von einem anderen Teil der Elektronik, der die Ansteuerung der einzelnen Pixel vom Eingangssignal zu übernehmen hat, führen müssen! Längerfristige Pläne sind – um Kosten einzusparen, die Herstellbarkeit zu erleichtern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen – die Treiberelektronik, ja man geht sogar soweit, das ganze System im Display gleich zu integrieren.

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Diese neue, vielversprechende Technologie wird "System-on-Panel" genannt, die das Display samt deren peripheren Schaltungsteile am selben Substrat unterbringt. Die erfolgreiche Implementierung dieser Technologie wird zu beträchtlichen Kosteneinsparungen wegen der kürzeren Herstellungszeit und Endkontrollendauer führen, bei gleichzeitigem Erzielen von enormer Zuverlässigkeit der Module. System-on-Panel Designs werden entscheidend zur Realisierung von hochkompakten, multifunktionalen LCD Produkten beitragen.

Die vielversprechendste Methode für die Implementierung von System-on-Panel Designs ist die Polysilizium Dünnfilmtransistortechnologie (p-Si TFT), nicht die herkömmliche amorphe Dünnfilmtransistortechnologie (a-Si TFT). Weiters werden auch Kosten eingespart indem man den bisherigen Hochtemperatur Herstellungsprozess (bei 1000°C) durch einen bei 500°C stattfindenden ersetzt hat. Somit können herkömmliche Glasmaterialien für die Massenproduktion verwendet werden. In Zukunft werden sogenannte „System-on-process applications“ also all in one Lösungen in allen denkbaren Bereichen, wo Displays gegenwärtig sind, Einzug erlangen. [10]

1.9 CONCLUSIO Für fast 100 Jahre, nachdem Friedrich Reinitzer die Verformung von Cholesterolbenzoat in einem Flüssigkristallzustand im Jahre 1888 beobachtete, neun Jahre vor der Erfindung der Kathodenstrahlröhre, blieben Flüssigkeitskristalle nur eine chemische Kuriosität.

Im Jahr 1971 läuteten Fergason Schadt and Helfrich von Roche [15] mit der Erfindung des Flüssigkristalldisplays eine neue Ära ein und öffneten auf diese Weise das Tor zur ersten kommerziellen Nutzung von Flüssigkristallen.

Heutzutage wird die Bedeutung von flachen portablen Anzeigeeinheiten mit zunehmender Visualisierung von Informationen in Bildsystemen, welche die parallele Darstellung von großen Datenmengen in hoher Informationsdichte ermöglichen, immer größer.

Flüssigkristalldisplays sind – neben vielen anderen bereits heute am Markt etablierten Technologien – nur ein Teil des Ganzen, dennoch erlangen sie Einzug in vielen Applikationen und nehmen so eine immer dominanter werdende Rolle ein.

Ohne LCD Technologie wäre die Evolution von verschiedensten Produkten, im speziellen in Bereichen wie Informationssysteme (Messgeräte, Medizin, Telekommunikation, Audio-Video Equipment und elektronische Konsumgüterprodukte) nämlich nicht möglich gewesen – sie sind, in anderen Worten, aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken!

Während der letzten 25 Jahre waren bei vielen wichtigen technischen Entwicklungen Steigerungen um Größenordnungen möglich; es bleibt nun abzuwarten, wie die Technik der Flüssigkristalldisplays von morgen die Gesellschaft beeinflussen wird.

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Autor: Dipl. Ing. (FH) Bernd Cettl

Diplomarbeit an der Fachhochschule Technikum Wien

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