XIII. Displaytechnologien

XIII.1 Überblick über den Displaymarkt

Displays=Monitore+TVs

CRT: Cathode Ray Tube

- die gute alte Kathodenstrahlröhre-erfunden 1897 von Ferdinand Braun (Uni KA 1883-1885)

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)

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

XIII.2 Flüssigkristalldisplays

LCD: Liquid Crystal Display

Otto Lehmann (Uni KA) 1888

→ flüssigkristalline Phasen, Mesophasen

Thermothrope Flüssigkristalle (LCs)

-nematischer LC: langreichweitige Orientierungsordnung (parallel), zufällige Position-smektischer LC: Positionsordnung in 1D (Schichtstruktur), langreichweitigeOrientierungsordnung

- cholesterischer LCs: - wie nematisch, aber verdrillt

Ordnung in Flüssigkristallen

2

2

0

1 (3cos 1) mit 2

1cos ( )cos2( )sin( )2

S

p dπ

θ

θ θ θ θ θ

= −

= ∫

Ordnung wird beschrieben durch den Ordnungsgrad S, θ: Winkel zwischen Molekül und Direktorp(θ): Verteilung der Winkeleinstellungen

S=1: perfekter KristallS=0: isotrope Flüssigkeit

XIII.2.1 Optische Eigenschaften von LCsAnisotrope Brechzahlen in LCs

-stark anisotrope Polarisierbarkeit- dielektrische Anisotropie

ε ε ε⊥∆ = −! und damit auch einen anisotropen Brechungsindex

e on n n∆ = −→ es tritt Doppelbrechung auf

Doppelbrechung

-ne: E-Feld parallel zum Direktor

-no: E-Feld senkrecht zum Direktor Brechzahlellipsoid (Indikatrix)

Moleküle in Flüssigkristallen

Flüssigkristallmischungen (Bsp: 5CB u. 80CB)

-Vergrößerung des nematischen Bereichsim Phasendiagramm durch Mischsysteme

Doppelbrechung

LCDs: ...auch ein deutsches Geschäft !

Orientierung

- um Anisotropie ausnutzen zu können, muss LC einheitlich orientiert sein

- sonst unterschiedlich orientierte Domänen → starke Streuung

-z.B. durch mechanisches Bürsten

Fréedericksz-Effekt in der TN-Zelle

-Umlagerung von homogen zu homöotrop bei LCs mit positiver ε- Anisotropie

Twisted Nematic LC-Cell

Drehung der Polarisation des Lichtes

Absorption der nicht gewünschten Polarisation

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

XIII.2.2 Aufbau einer LC-Zelle

- typische LC-Dicke: 10 µm- transparente ITO-Elektroden

Schaltverhalten: Transmission

Schaltverhalten

- zur Vermeidung chemischer Zersetzung der LCs Betrieb mit AC-für den Zustand des Pixels ist die Effektivspannung entscheidend:

2rmsV V=

XIII.2.3 Adressierung

- im einfachsten Fall: Schalten von Pixel (1,1): -U an y1 und U an x1

- Zustand muss „gehalten werden“- Kontrastoptimierung durch dynamische Adressierung

Adressierung

- im einfachsten Fall: 3:1 Schema

Waser 901

Quelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser (Ed.)

Passiv-Matrix: Probleme

Vx:

Pix

el a

us

Tran

smis

sion

V0:

Pix

el a

n

Effektivspannungskontrast bei höherer Zeilenanzahl reduziert

Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes

-Kennlinie der Orientierung wird steilerQuelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser(Ed.)

Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes

-Kennlinie der Transmission wird steiler

SuperSuper--IPSIPS Enables a Super LCD TV viewing experience!Enables a Super LCD TV viewing experience!

Super IPSSuper IPS, wider viewing angle, wider viewing angle

176120

170

Super-IPS Mode

oo

o

Actual viewing angle: BestUniform color quality: Best

Actual viewing angle: PoorUniform color quality: Good

Actual viewing angle: GoodUniform color quality: Poor

Aktiv-Matrix

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

Schema eines Aktiv-Matrix-LC-Displays

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

Fab 1

Fab 2

Fab 3

Fab 4Large size Monitor

&TV

Monitor

NBPC&

Monitor

NBPC&

Application

x 2.3 x 3.4 x 6.9

Fab 5

Area = 1

“ 15 up ”

“ 6 up ”

“ 4 up ”

“ 2 up ”

370 x 470(Gen 2)

590 x 670(Gen 3)

680 x 880(Gen 4)

1000 x 1200(Gen 5)

1100 x 1250(Gen 5)

Substrate Size – Big Glass Enables Big products- Newer “generation” means bigger glass and faster “TAT” times

x 7.9

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

Fifth-generation Fabs Enables Large TVs- 6-up 23-inch, 9-up 18-inch, or even 2-up 42-inch is possible

Larger, average product size and increased productivity

LG.Philips LCD’sFab 4 (Apr. ’02) is the world’s 1st Fifth-generation TFT-LCD Fab

Fab 4, Kumi, South Korea

Geographic Comparison

Korea Remains No. 1 in TFT-LCDsJapanese gave their market share to the Taiwanese, but why?

TFT-LCD Shipment Result by region (Unit base) *

0

5000

10000

15000

20000

25000 K units

Taiwan

Korea

Japan

Others

29%

34%

37%

31%

37%

32%

16,038

22,262

The precise future is uncertain,

but LG.Philips LCD will

remain a market leader!

Q4 ‘01 Q4 ’02 (E)

* Source: Market Analysis Journal, “Display Search Q1 ‘02 & Q4 ’02

XIII.3 PDPs

Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Plasmaanzeige

• pixelartige Zündung von Gasentladung ähnlich wie in Leuchtstofflampe

• einfarbig emittierende Phosphore

XIII.4 OLED-Displays

XIII.5 Projektions-Displays

DMDs, LCOS

Our Display Technology Predictions- LCDs are the FLAT TV of choice

Flat Advantage ;

PDP ?High voltage= High cost

Squeezed on bothsides

55 - 65”

Flat Advantage ;

Projection

Air is cheap !

(Maybe large, printed,LED someday?)

65 - 90 + ”

FED

Dead & Buriedwith Candescent

(Proof that goodscience, does not

win over badeconomics)

Carbon Nanotube,Etc.

Still bornScience Soon

Economics – Faror Never

Not Successful

Flat Advantage ;

LCD

PC market “scale” helpsenormously!

6 - 42” Not Successful

LG Electronics30” Wide LCD TV

MassDual 15.0” Monitor

Philips50” Wide PDP TV