液晶显示器-张昭鼎基金会竹商.ppt

液晶顯示器開啟顯示新紀元,瀚宇彩晶前瞻技術整合部 陳威州 博士,從CRT到LCD,從CRT(陰極射線管)到LCD(液晶顯示器),有什麼不同？,從CRT到LCD,CRT(陰極射線管)基本原理,FPD,FPD(平面顯示器) 當顯示器變薄了,Future Display(未來的顯示器),Flexible Display(可繞式顯示器) 當顯示器像紙一樣,FPD(平面顯示器),FPD(平面顯示器) 自發光型顯示器 OLED FED SED 非發光型顯示器 LCD TN, STN TFT-LCD Reflective iMOD,液晶顯示器原理簡介,主要原理架構,v,電控之光調變器 (Electronic Controlled Light Modulator),Backlight,Liquid Crystal,液晶顯示器原理簡介,PDLC(Polymer Dispersed LC,含液晶滴聚合物),Polarizers are not required,液晶顯示器原理簡介,實際架構,液晶顯示器原理簡介,實際架構,Source：Color TFT Liquid Crystal Displays, T.Yamazaki etc., 1996,液晶顯示器原理簡介,主要架構,5m,?,液晶顯示器原理簡介,探討的問題 什麼是液晶？ 液晶如何排列？ 如何受電場影響？ 受電場影響後，如何排列？ 排列後，如何影響入射的光？,液晶的光電特性,什麼是液晶？,什麼是液晶？ 從相變(Phase Transition)認識液晶,什麼是液晶？,相變(Phase Transition),位置的有序性(Position Order)改變,等向性(Isotropic)分子,棒狀(Rod-Like) 分子,位置的有序性改變及 方向的有序性(Direction Order)改變,什麼是液晶？,液晶的物理特性 介於晶體與液體兩相之間，稱中間相(mesophase) 具有晶體的方向性及液體的流動性 易受外在的影響而改變其特性,什麼是液晶？,液晶的分類 依形成的方式 熱致型(Thermotropic)液晶: 線狀液晶(Nematic), 層狀(Smectic) A, Smectic C, Smectic C* 溶致型(Lyotropic)液晶 依分子的形狀 盤狀(Disk-like), 棒狀(Rod-Like) ,Smectic A,Smectic C,什麼是液晶？,1. Rod-like,2. Disc-like,3. Bowlic,4. Banana,什麼是液晶？,偏光顯微鏡下的線狀(Nematic)液晶,什麼是液晶？,定義巨觀參數 有序參數(Order Parameter) 指向向量(Director),液晶,T: 溫度,晶體,液體,TNI (TC),Tm,什麼是液晶？,有序參數(Order Parameter) S, 可描述巨觀物理量與溫度的關係,什麼是液晶？,指向向量(Director) n, 描述巨觀上液晶分子的排列，即空間關係，及巨觀的物理量與空間的關係,x,y,z,什麼是液晶？,液晶的巨觀物理量具非等向性(Anisotropic)的特性 機械特性(Mechanical) 彈性常數(Elastic Constant) 電性(Electrical) 介電常數(Dielectric Constant) 光學特性(Optical) 折射率(Refractive Index),探討的問題,液晶分子如何排列？ 從連續體理論(Continuum Theory)了解液晶分子的排列,液晶如何排列？,連續體理論 描述液晶的形變(Deformation)，即指向向量間相對的變化程度,x1,x2,x3,液晶如何排列？,連續體彈性自由能(Free Energy)密度,分散 (Spray),旋轉 (Twist),彎曲 (Bend),液晶如何排列？,彈性常數,液晶如何排列？,液晶如何排列？,彈性自由能密度，舉例 IPS (In-Plane Switching),z,y,x,液晶如何排列？,系統的自由能極小化,Eular-Langrange Equation,探討的問題,如何受電場影響？ 系統的總自由能必須加入電場的自由能來考量,受電場影響後，如何排列？,系統的總自由能密度要加上電場的自由能密度,Eular-Langrange Equation,如何受電場的影響？,電場自由能密度,如何受電場的影響？,電場自由能密度,+,-,+,-,如何受電場的影響？,探討的問題,受電場影響後，如何排列？ 在電場的影響與邊界的束縛下，可得到臨界現象,受電場影響後，如何排列？,舉例，水平排列(Homogeneous)加垂直電場,v,z,y,x,d,邊界條件如何控制？,受電場影響後，如何排列？,Freedericksz Transition 臨界電壓(Threshold Voltage),受電場影響後，如何排列？,舉例，TN(Twist-Nematic),探討的問題,排列後，如何影響入射的光？ 指向向量的連續變化，同等於連續變化的光軸,排列後，如何影響入射的光？,基本光學知識 極化光(Polarized Light) 電場的偏振方向固定 光軸(Optical Axis) 光若沿著光軸的方向前進，則e-ray與o-ray的折射率一樣。 對於液晶而言，光軸方向與指向向量一致。所以，液晶指向向量的排列，相當於光軸的排列。,排列後，如何影響入射的光？,極化光,自然光,線性極化光,排列後，如何影響入射的光？,o-ray(尋常光)與e-ray(非尋常光) 由解非等向性(Anisotropic)介質的Maxwell Equation而得,ne,no,光軸？,排列後，如何影響入射的光？,排列後，如何影響入射的光？,色散（Dispersion)的問題！,排列後，如何影響入射的光？,斜向入射,x,y,z,o-ray,e-ray,o-ray折射率不變， e-ray的折射率隨與光軸的夾角而變,排列後，如何影響入射的光？,光軸隨空間位置而變化,排列後，如何影響入射的光？,如何計算？ 困難度 非等向性(Anisotropic)介質 非均勻性(Inhomogeneous)介質 解Maxwell Equation？ 視為層狀結構(Layered Structure) 利用2x2 Jones Matrix 方法 利用2x2 Extend Jones Matrix 方法 利用4x4 Matrix 方法,排列後，如何影響入射的光？,舉例，Normally White TN,排列後，如何影響入射的光？,舉例，TN 的設計,觀念復習,電場與邊界條件影響指向向量分佈 指向向量分佈影響入射光,LCD TV 發展趨勢,品質相關 廣視角技術 動畫品質技術 製程相關 ODF IBA 成本相關 Spinless Coating,LCD TV 廣視角技術,PC與TV的需求,Source：LCD International 2002,液晶顯示器模式簡介,不同的液晶顯示器模式（Modes） 不同的液晶排列方法 TN (Twisted-Nematic) - All TFT-LCD Companies IPS (In-Plane-Switching) - Hitachi, NEC, LG-P, HannStar VA (Vertical-Alignment) Bump Type Fujitzu, ChiMei, AUO Pattened Type Samsung, Sanyo Continuous Pinwheel Alignment Type Sharp FFS (Fringe-Field-Switching) - BOE-HYDIS OCB (Optical-Compensated-Bending) - TMD,液晶顯示器模式簡介,液晶顯示器模式的比較,液晶顯示器模式視角特性比較,液晶顯示器模式簡介,液晶顯示器模式的比較,動畫品質,動畫品質改善,MPRT Response time,Cell Process,Traditional Process,Cell Process,Special Process PI Coater Rubbing M/C Spacer Sprayer,Gen.5 Cell ODF Process,Cleaner PI Coater PI Pre-Curing PI- Main-Curing Rubbing,Cleaner PI Coater PI Pre-Curing PI- Main-Curing Rubbing,CF Substrate,TFT Array Substrate,LC-Drop-Filling Cleaning,Ag Dispensing Seal Dispensing Cleaning,Assembling,Cutting Polarizer Attachment,Cell ODF Process,IBA,Ion Beam Alignment,SID2005 LCD技術最新發展,Hitachi IPS Pro,Source：SID2005,Hitachi RCCS,RGB Color Control System for LED Backlight,Source：SID2005,PDP,LCD,Hitachi RCCS,Source：SID2005,Hitachi RCCS,Source：SID2005,Hitachi RCCS,Source：SID2005,Sharp Novel Impulse Driving,Source：SID2005,Sharp Novel Impulse Driving,Source：SID2005,Sharp Novel Impulse Driving,Source：SID2005,Samsung and NS ABSI Module,Source：SID2005,Advance Bus System Interface,Sams