lcd 原理.ppt

平面顯示器的種類區分 依光源的機制區分 直視型 反射型 需背光源 無需背光源 發光型 非發光型 自行發光 要輔助光源液晶平面顯示器 電漿面板平面顯示器 PlasmaDisplayPanel PDP 電激發光平面顯示器 ElectroLuminescenceDisplayELD 陰極射線映像管 CathodeRayTube CRT 發光二極體 LED 交流電式 直流電式 AlternatingCurrent PDP DirectCurrent PDP 放電發生時所加的電壓 發光螢光體 無機電激發光平面顯示器 InorganicELD 有機電激發光平面顯示器 主動式 被動式 驅動方式 主動式 被動式 類型 薄膜二極體元件 ThinFilmDiode TFD 金屬 絕緣體 金屬元件 Metal Insulator Metal MIN 薄膜電晶極體元件 ThinFilmTransistor TFT 非晶矽TFT元件 Amorphous Si A SiTFT 多晶矽TFT元件 Poly Si P SiTFT 扭轉向列型液晶 超扭轉向列型液晶 FILM 超扭轉向列型液晶 OLED PLED 小分子 高分子 OrganicLED OrganicELD PolymerLED TwistNematic TN SuperTwistNematic STN FilmSuperTwistNematic FSTN 數位微型顯示器 液晶平面顯示器 一 液晶的骨幹構造 LCDPANEL我們簡易的說法可以說成 將非常薄的兩片玻璃的四週以封閉 SEAL 材料加以密封而貼合 其間隔約為5um 然後在兩片玻璃間灌入所謂液晶的物質 如果直接將兩片玻璃直接貼合會有問題 因此將其間再加入填充劑 spacer 來做支撐用 這種spacer是一種極為小的珠狀構造 二 偏光板與偏光的作用 我們平常所看見的光是往各方向振動的波之混合 如果將往360度振動方向的波只取出往某一方向振動的波的裝置 則稱之為偏光板 圖2 來自四面八方的光 經過所謂只允許水平方向的光通過的偏光板 圖4 如果兩片偏光板分別放置可讓光的方向通過角度剛好90度 則會有透光 不透光得結果 三 決定液晶排列方向的配向膜與研磨 配向模是在玻璃基板的表面上作成Polyimide薄膜 並在此薄膜上作研磨 Rubbing 研磨是用尼龍 nylon 所作成的轉輪 roll 也就是刷毛 在配向磨上面磨擦而使得配向膜產生細微的細溝 使得液晶分子可以躺入細溝中 決定了液晶排列的方向 配向膜是應用印刷技術塗抹上去的 均勻的膜厚及與基板的密合性是重要因素 塗抹上去的配向膜之要求 均勻的膜厚 與基板的密著性 印刷法 尼龍 nylon 材質在polyimind上磨擦 產生靜電 吸附塵埃 產生裂傷或帶電 不良的配向膜 Polyimind系的樹酯於基板上印刷 厚度0 1um 暫時硬化 70度C 80度C 正式硬化 180度C 190度C 0 1um的配向膜 四 顯示器的基本原理 五 不是單純的玻璃板 LCD的玻璃要求 表面光滑 不可彎曲起伏 平面性要很高 無鹼性玻璃 二氧化矽玻璃 高溫多晶矽 家中門窗上的玻璃 納元素 玻璃加工麻煩 LCD的玻璃厚度種類 1 1mm 0 7mm 0 55mm 0 3mm LCD的玻璃製作方法 漂浮法 溶解法 REDRAW法 氣相化學反應法 二氧化矽玻璃 六 透明的電極 IndiumTinOxid 一般的金屬電極光線是無法通過的 液晶所用的是特殊透明電極 光線是可以通過的 ITO一般使用銦 與一些可以使電阻降低少量錫 作成氧化物之薄膜 如果只要讓電極透明那麼氧化錫就可以了 但是因為有時我們要做成特殊形狀 icon 所以加了銦 以方便施工 ITO的組成 金屬的銦 indium 少量的錫 tin 可以使電阻下降 氧化銦錫薄膜 為了使加工性增加 因為要做pattern 噴灑法 sputtering ITO的成膜方法 離子電鍍法 ionplating 真空蒸著法 electronbeam 氧化銦 indium 氧化錫 tin 電解法 10 七 偏光板的配置 八 液晶要具備的性質 液晶必備的性質 溫度範圍要廣 在某一溫度範圍內能夠維持液晶狀態 耐久性 稍微加熱液晶就分解變質 則不可當作顯示之用 具有高的比電阻 比電阻不夠大時 已經分子排列無保持某一狀態 會影響信賴性 低的黏性 液晶時常要從某一狀態變化到某一狀態 變化的速度我們希望愈快愈好 低的黏性可以得到快的速度 反應時間 大的誘電率異方性 驅動液晶時 驅動的電壓我們希望越低越好 大的誘電率異方性則液晶驅動電壓會降低 來達到省電的作用 配向膜與液晶的相性要良好 配向膜上附著的液晶太粘合而無法分離 會有問題 反之 配向膜上附著的液晶相互排斥 也無法做成液晶顯示器 分子排列方向必須對齊 分子排列方向必須盡量對齊 排列越整齊做出來的對比度越好 九 玻璃基板要求的特性 表面的平坦度 0 04um的凹凸不能使用 主動矩陣式的所要求的更加嚴格 約為0 005um 彎曲度 STN 每30cm容許0 05um以下 TN 每30cm容許0 2um以下 主動矩陣式則容許0 1um以下 耐溫度 一般TN STN 主動式TFT中的非晶矽 Amorphous si 約400到500度 C低溫多晶矽 LowTemp Poly si 為高溫多晶矽的場合 處理需高達600度C 耐藥品性 TN STN需耐酸 耐鹼 若主動式TFT則須再耐氟酸 不同世代玻璃基板之切割率 十 保持cellgap的填充劑 spacer 上下兩片玻璃基板要貼合時 為了保持兩片玻璃基板間的間隔 cellgap 必須在兩片玻璃間加入所謂的填充劑 spacer 的小球 填充劑的要求 顆粒大小要嚴格控制 不能吸太多的光 TFT的cellgap精密度約為 0 1um STN為 0 03um 所以太硬或太柔軟都不行 會使通過液晶的光變弱 畫面變暗 良好的接著性 Spacer在兩片玻璃間轉來轉去 可能會傷到配向膜 5um填充劑的材料 塑膠 二氧化矽 1gm 2000圓日幣 1gm 2500圓日幣 填充劑放入Lcd方式 濕式 乾式 與酒精混合而散佈 有環保問題 氣流散佈 十一 兩片玻璃的基板貼合 封閉材質 Seal 玻璃基板的周邊利用網板印刷而塗膜上封閉材質 目前為使用熱硬化型之環氧樹酯 expoxy 塗膜的寬度約為1mm 160度C的3小時壓合 有的是使用UV硬化型的封閉材 利用紫外線作固化 困難的貼合作業 上玻璃基板與下玻璃基板之間的位置要對的很準 約0 005um 大片的液晶面板一起貼合 各個的液晶面板切離 劃線器 切離原理 在各面板上加電壓 使其有裂傷而後切割出來 產生裂傷的裝置 切斷器 背部敲擊而可以分割的裝置 十二 液晶注入與偏光片 注入裝置為密封式 將其中的空氣抽呈真空狀態 尚未加入液晶的兩片面板也成為真空狀態 將液晶注入口浸在液晶材料中 再將注入器的壓力回覆常壓 如此液晶會慢慢的注入面板內 將充滿液晶的面板 於液晶注入口塗上紫外線硬化樹酯 利用紫外線照射密封之 偏光片不是片狀物所組成 實際上是薄薄的偏光軟片 80um 所組成 將這偏光軟片附上黏著劑 十三 扭曲向列型液晶 TN 動作原理 扭曲向列型液晶平面顯示器乃是將兩片LCD間封入有正值鐵電率異方性的P型向列型液晶 Np 液晶分子的長軸方向與電極面是呈線平行配列的狀態 從上玻璃的一邊到下玻璃的一邊 分子的長軸方向是呈現90度的扭曲狀態排列著 十四 超扭曲向列型液晶 STN 直線偏光射入 直線偏光射出 TN 直線偏光射入 橢圓偏光射出 STN 90度的旋光性 210 240度的旋光性 複折射效應 波長分散 印加電壓與透過率的曲線陡峭 VS與VNS距離近 400DUTY 印加電壓與透過率的曲線較平坦 VS與VNS距離遠 100DUTY 光干涉效應 不夠黑白 位相差板 光學補償 FSTN 十五 薄膜電晶體TFT主動矩陣驅動方式 視覺暫留1 60秒 固定 掃描電極越多 每一條分配到的時間越少 掃描電極越多 每一條分配到的時間越少 液晶來不及配向排列 增加驅動電壓來解決時間的不足 增加驅動電壓有限 因為會產生串擾問題 波型尖銳 TN約可以做到1 64DUTY STN約可以做到1 240DUTY 動畫困難 如果每一條掃描電極在電壓到來時 可以儲存電荷 當掃描結束後 電荷還一直存在到下一次掃描到來 如此一來 掃描電極就可以比較沒有限制 也沒有波型尖銳和串擾問題 這必須在每個PIXEL上追加開關元件 此一動作的機制稱為薄膜電晶體主動矩陣驅動方式 十六 主動式的簡述 一個pixel 開關元件 輔助電容 儲存顯示信號用 主動式 三端元件薄膜電晶體 TFT 的薄膜電晶體液晶顯示器 TFTLCD 兩端元件薄膜二極體 TFD 的薄膜電晶體液晶顯示器 TFDLCD 金屬 氧化物 金屬MIM 最具代表性 十七 TFT薄膜電晶體 吸極電壓 源極電壓 閘極電極 絕緣膜 活性半導體 吸極電極 源極電極 玻璃基板 在活性半導體層的兩側附有源極 SOURCE 與吸極 DRAIN 兩電極 源極有供給源的意義 代表電流由此流入 吸極有排出的意義 代表電流由此流出 控制源極流入電流到吸極排出電流或不流通電流 主要是靠閘極 閘極有閥門的意義 工作原理 在閘極上加入正電壓時 隨著此電壓的大小 由源極流入吸極的電流也會有大小的變化 當加入附電壓時 電流則不流通 源極與吸極所夾著的活性半導體的部分稱為通道 通道 薄膜電晶體的原理 十八 活性半導體物質作成A SiPoly SiL T P S 用氫氣化非晶質矽 AmorphousSi 作為活性半導體物質 要做出TFT時 其Doping只需將磷元素打入 用多結晶 PolySi 矽TFT的場合 必須將硼元素與磷元素打入 非晶質矽