“2 up” monitors in our Fab 1 to

XIII. Displaytechnologien
XIII.1 Überblick über den Displaymarkt
Displays=Monitore+TVs
CRT: Cathode Ray Tube
- die gute alte Kathodenstrahlröhre
-erfunden 1897 von Ferdinand Braun
(Uni KA 1883-1885)
XI.2: Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre
1. Elektronen werden durch thermionische Emission aus Kathode gelöst
2. Kontrollgitter steuert e-Fluß
3. Anoden beschleunigen und fokussieren e-Strahl
4. Horizontale und vertikale Steuerung des Strahls durch Ablenkplatten
(1-4 bei Farbbildschirmen jeweils für 3 e-Strahlen)
XI.2: Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Kathodenstrahlröhre
5. Elektronen fallen durch
Löcher in Schattenmaske auf
verschiedenfarbige Phosphore
6. Elektronen regen
Phosphore an
7. Bildschirm leuchtet farbig
XIII.2 Flüssigkristalldisplays
LCD: Liquid Crystal Display
Otto Lehmann (Uni KA) 1888
→ flüssigkristalline Phasen, Mesophasen
Thermothrope Flüssigkristalle (LCs)
-nematischer LC: langreichweitige Orientierungsordnung (parallel),
zufällige Position
-smektischer LC: Positionsordnung in 1D (Schichtstruktur), langreichweitige
Orientierungsordnung
- cholesterischer LCs: - wie nematisch, aber verdrillt
Ordnung in Flüssigkristallen
Ordnung wird beschrieben durch den
Ordnungsgrad S,
θ: Winkel zwischen Molekül und Direktor
p(θ): Verteilung der Winkeleinstellungen
1
(3cos2 θ − 1) mit
2
π
1
2
cos θ = ∫ p(θ )cos 2(θ )sin(θ )dθ
20
S=
S=1: perfekter Kristall
S=0: isotrope Flüssigkeit
XIII.2.1 Optische Eigenschaften von LCs
Anisotrope Brechzahlen in LCs
-stark anisotrope Polarisierbarkeit
- dielektrische Anisotropie
∆ε = ε ! − ε ⊥
und damit auch einen anisotropen Brechungsindex
→ es tritt Doppelbrechung auf
∆n = ne − no
Doppelbrechung
-ne: E-Feld parallel zum Direktor
-no: E-Feld senkrecht zum Direktor
Brechzahlellipsoid (Indikatrix)
Moleküle in Flüssigkristallen
Flüssigkristallmischungen (Bsp: 5CB u. 80CB)
-Vergrößerung des
nematischen Bereichs
im Phasendiagramm durch
Mischsysteme
Doppelbrechung
LCDs: ...auch ein deutsches Geschäft !
Orientierung
- um Anisotropie ausnutzen zu können, muss LC einheitlich orientiert sein
- sonst unterschiedlich orientierte Domänen → starke Streuung
-z.B. durch mechanisches Bürsten
Fréedericksz-Effekt in der TN-Zelle
-Umlagerung von homogen zu homöotrop bei LCs mit positiver
ε- Anisotropie
Twisted Nematic LC-Cell
Drehung der Polarisation des Lichtes
Absorption der nicht gewünschten Polarisation
Unterscheidung in NB (Negativkontrast-) und NW (Positivkontrast-) Zellen
XIII.2.2 Aufbau einer LC-Zelle
- typische LC-Dicke: 10 µm
- transparente ITO-Elektroden
Schaltverhalten: Transmission
Schaltverhalten
- zur Vermeidung
chemischer Zersetzung der LCs
Betrieb mit AC
-für den Zustand des Pixels ist
die Effektivspannung
entscheidend:
Vrms = V 2
XIII.2.3 Adressierung
- im einfachsten Fall: Schalten von Pixel (1,1): -U an y1 und U an x1
- Zustand muss „gehalten werden“
- Kontrastoptimierung durch dynamische Adressierung
Adressierung
- im einfachsten Fall: 3:1 Schema
Waser 901
Quelle: Nanoelectronics and Information Technology R. Waser (Ed.)
V0: Pixel an
Vx: Pixel aus
Transmission
Passiv-Matrix: Probleme
Effektivspannungskontrast bei
höherer Zeilenanzahl reduziert
Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes
-Kennlinie der Orientierung wird steiler
Quelle: Nanoelectronics and
Information Technology R. Waser
(Ed.)
Super Twisted Nematic Cells: Erhöhung des Kontrastes
-Kennlinie der
Transmission wird
steiler
SuperSuper-IPS Enables a Super LCD TV viewing experience!
Super IPS,
IPS, wider viewing angle
Super-IPS Mode
176
o
Actual viewing angle: Best
Uniform color quality: Best
120
o
170
Actual viewing angle: Poor
Uniform color quality: Good
o
Actual viewing angle: Good
Uniform color quality: Poor
Aktiv-Matrix
- Adressierung über DünnfilmMOS-FETs
- zeilenweise wird über Gate immer
nur das jeweilige Pixel
durchgeschaltet
- Spannung wird über C gehalten
- kein Übersprechen
- keine Kontrastprobleme
- normale TN-LCs möglich
Schema eines Aktiv-Matrix-LC-Displays
Substrate Size – Big Glass Enables Big products
- Newer “generation” means bigger glass and faster “TAT” times
Bigger glass means many more and larger sizes.
From “2 up” monitors in our Fab 1 to “15 up” in our Fab 4, economy scales with size
“ 15 up ”
1100 x 1250
(Gen 5)
Fab 5
Fab 4
1000 x 1200
(Gen 5)
“ 6 up ”
Large size Monitor
&
TV
Fab 3
680 x 880
(Gen 4)
590 x 670
(Gen 3)
Fab 2
NBPC
&
Monitor
“ 4 up ”
370 x 470
(Gen 2)
Monitor
Fab 1
NBPC
&
Application
“ 2 up ”
Area = 1
x 2.3
x 3.4
x 6.9
x 7.9
Fourth-generation Fabs Enabled Great Monitor Growth
Fab 3, Kumi, South Korea
Fab 3 was the world’s 1st Fourth-generation TFT-LCD Fab- April 2000
Fifth-generation Fabs Enables Large TVs
- 6-up 23-inch, 9-up 18-inch, or even 2-up 42-inch is possible
Fab 4, Kumi, South Korea
LG.Philips LCD’s
Fab 4 (Apr. ’02) is the world’s 1st Fifth-generation TFT-LCD Fab
Larger, average product size and increased productivity
Geographic Comparison
Korea Remains No. 1 in TFT-LCDs
Japanese gave their market share to the Taiwanese, but why?
TFT-LCD Shipment Result by region (Unit base) *
25000
K units
22,262
20000
16,038
Korea
37%
The precise future is uncertain,
15000
34%
Taiwan
but LG.Philips LCD will
31%
10000
remain a market leader!
29%
Japan
5000
37%
32%
Others
0
Q4 ‘01
Q4 ’02 (E)
* Source: Market Analysis Journal, “Display Search Q1 ‘02 & Q4 ’02
XIII.3 PDPs
Leuchtstofflichtquellen/displays: Die Plasmaanzeige
• pixelartige Zündung von Gasentladung ähnlich wie in Leuchtstofflampe
• einfarbig emittierende Phosphore
XIII.4 OLED-Displays
XIII.5 Projektions-Displays
DMDs, LCOS
Our Display Technology Predictions
- LCDs are the FLAT TV of choice
Flat
Advantage ;
Flat
Advantage ;
Flat
Advantage ;
FED
LCD
PC market
“scale” helps
enormously!
6 - 42”
PDP ?
High voltage
= High cost
Projection
Air is cheap !
Squeezed on both (Maybe large, printed,
sides
LED someday?)
55 - 65”
Mass
Dual 15.0” Monitor
65 - 90 + ”
Philips
50” Wide PDP TV
Dead & Buried
with Candescent
(Proof that good
science, does not
win over bad
economics)
Not Successful
Carbon Nanotube,
Etc.
Still born
Science Soon
Economics – Far
or Never
Not Successful
LG Electronics
30” Wide LCD TV