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XIII. Displaytechnologien
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XIII.1 Überblick über den Displaymarkt
Displays=Monitore+TVs
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CRT: Cathode Ray Tube
- die gute alte Kathodenstrahlröhre-erfunden 1897 von Ferdinand Braun (Uni KA 1883-1885)
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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)
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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
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XIII.2 Flüssigkristalldisplays
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LCD: Liquid Crystal Display
Otto Lehmann (Uni KA) 1888
→ flüssigkristalline Phasen, Mesophasen
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Thermothrope Flüssigkristalle (LCs)
-nematischer LC: langreichweitige Orientierungsordnung (parallel), zufällige Position-smektischer LC: Positionsordnung in 1D (Schichtstruktur), langreichweitigeOrientierungsordnung
- cholesterischer LCs: - wie nematisch, aber verdrillt
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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
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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
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Doppelbrechung
-ne: E-Feld parallel zum Direktor
-no: E-Feld senkrecht zum Direktor Brechzahlellipsoid (Indikatrix)
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Moleküle in Flüssigkristallen
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Flüssigkristallmischungen (Bsp: 5CB u. 80CB)
-Vergrößerung des nematischen Bereichsim Phasendiagramm durch Mischsysteme
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Doppelbrechung
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LCDs: ...auch ein deutsches Geschäft !
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Orientierung
- um Anisotropie ausnutzen zu können, muss LC einheitlich orientiert sein
- sonst unterschiedlich orientierte Domänen → starke Streuung
-z.B. durch mechanisches Bürsten
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Fréedericksz-Effekt in der TN-Zelle
-Umlagerung von homogen zu homöotrop bei LCs mit positiver ε- Anisotropie
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Twisted Nematic LC-Cell
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Drehung der Polarisation des Lichtes
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Absorption der nicht gewünschten Polarisation
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Unterscheidung in NB (Negativkontrast-) und NW (Positivkontrast-) Zellen
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XIII.2.2 Aufbau einer LC-Zelle
- typische LC-Dicke: 10 µm- transparente ITO-Elektroden
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Schaltverhalten: Transmission
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Schaltverhalten
- zur Vermeidung chemischer Zersetzung der LCs Betrieb mit AC-für den Zustand des Pixels ist die Effektivspannung entscheidend:
2rmsV V=
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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
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Adressierung
- im einfachsten Fall: 3:1 Schema
Waser 901
Quelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser (Ed.)
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Passiv-Matrix: Probleme
Vx:
Pix
el a
us
Tran
smis
sion
V0:
Pix
el a
n
Effektivspannungskontrast bei höherer Zeilenanzahl reduziert
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Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes
-Kennlinie der Orientierung wird steilerQuelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser(Ed.)
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Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes
-Kennlinie der Transmission wird steiler
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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
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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
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Schema eines Aktiv-Matrix-LC-Displays
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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
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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
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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
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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
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XIII.3 PDPs
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Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Plasmaanzeige
• pixelartige Zündung von Gasentladung ähnlich wie in Leuchtstofflampe
• einfarbig emittierende Phosphore
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XIII.4 OLED-Displays
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XIII.5 Projektions-Displays
DMDs, LCOS
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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