Mikroelektronische und optische Bauelemente Prof Hagemann Aufbau und
Mikroelektronische und optische Bauelemente Prof. Hagemann Aufbau und Funktionsweise von LC-Displays Timo Baumeister Matr. -Nr. 235792 Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
LC-Displays • • Einführung Prinzip Technologien/Bauformen Quellen Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
Einführung Flachbildschirme keine Lichterzeugung (Hintergrundbeleuchtung) Lichterzeugung LED Light Emitting Diode LCD Liquid Crystal Display Plasma / PDP Plasma Display Panel Aktive Matrix Passive Matrix TFT weitere Thin Film Transistor Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
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 -6 V) Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
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=0 V: 90°Schraube, U=5 V: 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 Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente passive Zelle aktive Zelle 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 Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente Polarisator Folie Glas STN-Flüssigkristall Glas Folie Polarisator 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 Passive Matrix TFT weiter Thin Film Transistor Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
Technologien/Bauformen - Passive Matrix • 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 Passive Matrix TFT weiter Thin Film Transistor Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
Technologien/Bauformen – Aktive Matrix • 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: 1600 x 1200 – 1. 600 x 1. 200 x 3= 5. 760. 000 – Fläche A = 1365 cm² – 4220 Transistoren pro cm² – Transistor max. 1/10 der Zellenfläche Punktabstand Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen Transistor Farbzelle
Quellen • • • www. tomshardware. de/ www. hpfsc. de/ www. tu-berlin. de/~insi/ag_heppke/Experimente/Demo. Begriff. html www. tuchemnitz. de/informatik/Home. Pages/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
Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Noch Fragen? Timo Baumeister SS 2005 Mikroelektronische und optische Bauelemente FH Aachen
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