Timo Baumeister Matr.-Nr. 235792 Mikroelektronische und optische Bauelemente Prof. Hagemann Aufbau und Funktionsweise von LC-Displays Timo Baumeister Matr.-Nr. 235792

Technologien/Bauformen Quellen LC-Displays Einführung Prinzip Technologien/Bauformen Quellen Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Einführung Flachbildschirme Lichterzeugung keine Lichterzeugung (Hintergrundbeleuchtung) Lichterzeugung LED Light Emitting Diode LCD Liquid Crystal Display Plasma / PDP Plasma Display Panel Aktive Matrix TFT Thin Film Transistor Passive Matrix weitere Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

LCD = Liquid Crystal Display „Flüssigkristallanzeige“ Einführung LCD = Liquid Crystal Display „Flüssigkristallanzeige“ Flüssigkristalle: 1888 von Friedrich Reinitzer (Botaniker) entdeckt Transparente Kristalle mit richtungsabhängigen Eigenschaften (anisotrop) Stäbchenförmige Moleküle sind in einer Richtung angeordnet (nematisch) Richtungsänderung bei Anlegen einer Spannung (3-6V) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Grundsätzlicher Aufbau: Prinzip Grundsätzlicher Aufbau: Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Zellenformen: Schadt-Helfrich-Zelle TN-Display (Twisted Nematic) STN-Display (Super Twisted Nematic) DSTN-Zelle (Double Super Twisted Nematic) TSTN-Display (Triple Super Twisted Nematic) (FST Film Supertwisted) MVA-LCD (Multi-Domain-Vertical-Alignment) IPS (In Plane Switching) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - Schadt-Helfrich-Zelle Die Schadt-Helfrich-Zelle ist eine spannungsgesteuertes Lichtventil. Polarisator Transparente Elektrodenschicht (Indium-Zinn-Oxid) vor und hinter Flüssigkristall (LC) LC richtet sich je nach Spannung aus (U=0V: 90°Schraube, U=5V: 0° Drehung) Spiegel reflektiert einfallendes Licht Normally-White-Mode (90° verdrehte Polarisatoren) Normally-Black-Mode (parallele Polarisatoren) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - TN-Display (Twisted Nematic) Wird das Licht im Flüssigkristall um 90° gedreht, spricht man von einer TN-Zelle Kontrastverhältnis von 3:1 (viel zu gering) (Kontrast: eingeschalteter Bildpunkt ist 3 mal so hell wie ein ausgeschalteter) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Probleme: Schlechter Kontrast Schlechte Blickwinkeleigenschaften Nachleuchten (träge) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - STN-Display (Super Twisted Nematic) Wird das Licht im Flüssigkristall um 180° oder 270° gedreht, spricht man von einer STN-Zelle Kontrastverhältnis von 7:1 Problem: Farbverfälschungen (unterschiedliche Brechungsindizes bei verschied. Wellenlängen) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - DSTN-Display (Double Super Twisted Nematic) 2 STN in Reihe LC in STN 1 linksdrehend, in STN 2 rechtsdrehend Farbverfälschung wird aufgehoben STN 1 aktiv, STN 2 passiv Kontrastverhältnis von 15:1 Nachteil: dickere Bauform komplex passive Zelle aktive Zelle Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - TSTN-Display (Triple Super Twisted Nematic) Farbverfälschung wird durch 2 Kompensationsfolien ausgeglichen Nur ein STN nötig Kontrast 18:1 dünner, billiger, leichter, besserer Kontrast Auch FST „Film Supertwisted“ genannt Polarisator Folie Glas STN-Flüssigkristall Glas Folie Polarisator Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Probleme: Schlechter Kontrast Schlechte Blickwinkeleigenschaften Nachleuchten (träge) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen – IPS (In Plane Switching) Blickwinkelverbesserung auf 170° E-Feld parallel zur Oberfläche zu langsam zu viel Energie nötig aufgrund der Elektrodenanordnung Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - MVA-LCD (Multi-Domain Vertical Alignment) Eine Zelle ist in mehrere Teilbereiche unterteilt (Multi-Domains) Blickwinkel 160° senkrecht und waagerecht teuer schlechterer Kontrast als bei TN-Zellen Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Probleme: Schlechter Kontrast Schlechte Blickwinkeleigenschaften Nachleuchten (träge) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Flachbildschirme keine Lichterzeugung (Hintergrundbeleuchtung) Lichterzeugung LED Light Emitting Diode LCD Liquid Crystal Display Plasma / PDP Plasma Display Panel Aktive Matrix TFT Thin Film Transistor Passive Matrix weiter Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - Passive Matrix Ansteuerung über Zeile u. Spalte Cross Talk (Feld entlang Leiter) Viele Graustufen => geringe Auflösung Hohe Auflösung => geringer Kontrast Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen Flachbildschirme keine Lichterzeugung (Hintergrundbeleuchtung) Lichterzeugung LED Light Emitting Diode LCD Liquid Crystal Display Plasma / PDP Plasma Display Panel Aktive Matrix TFT Thin Film Transistor Passive Matrix weiter Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen – Aktive Matrix jedes Pixel hat eigenen Verstärker (Transistor) schnelles Ansteuern TFT (auf Glas aufgedampft) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Technologien/Bauformen - Aktive Matrix jeder Bildpunkt (Dot) besteht aus 3 Farbzellen Rechenbeispiel: 21‘‘ Display Native Auflösung: 1600x1200 1.600x1.200x3= 5.760.000 Fläche A = 1365cm² 4220 Transistoren pro cm² Transistor max. 1/10 der Zellenfläche Transistor Punkt- abstand Farbzelle Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

Quellen www.tomshardware.de/ www.hpfsc.de/ www.tu-berlin.de/~insi/ag_heppke/Experimente/DemoBegriff.html www.tu-chemnitz.de/informatik/HomePages/RA/news/stack/kompendium/vortraege_97/lcdisplay/index.htm#Merkmale de.wikipedia.org www.bananapage.de Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen

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