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 • Reaktionszeit (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 • Reaktionszeit (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 170° 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 • Reaktionszeit (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 => weniger Graustufen 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

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