液晶显示器-张昭鼎基金会(竹商)

Copyright2005液晶顯示器開啟顯示新紀元瀚宇彩晶前瞻技術整合部陳威州博士Slide2Copyright2005從CRT到LCD從CRT(陰極射線管)到LCD(液晶顯示器)有什麼不同？Slide3Copyright2005從CRT到LCDCRT(陰極射線管)基本原理Slide4Copyright2005FPDFPD(平面顯示器)當顯示器變薄了Slide5Copyright2005FutureDisplay(未來的顯示器)FlexibleDisplay(可繞式顯示器)當顯示器像紙一樣Slide6Copyright2005FPD(平面顯示器)FPD(平面顯示器)自發光型顯示器•OLED•FED•SED非發光型顯示器•LCD–TN,STN–TFT-LCD•ReflectiveiMODSlide7Copyright2005液晶顯示器原理簡介主要原理架構v電控之光調變器(ElectronicControlledLightModulator)BacklightPolarizerPolarizerColorPlateLiquidCrystalSlide8Copyright2005液晶顯示器原理簡介PDLC(PolymerDispersedLC,含液晶滴聚合物)PolarizersarenotrequiredSlide9Copyright2005液晶顯示器原理簡介實際架構Slide10Copyright2005液晶顯示器原理簡介實際架構Source：ColorTFTLiquidCrystalDisplays,T.Yamazakietc.,1996Slide11Copyright2005液晶顯示器原理簡介主要架構~5μm?VT?Slide12Copyright2005液晶顯示器原理簡介探討的問題什麼是液晶？液晶如何排列？如何受電場影響？受電場影響後，如何排列？排列後，如何影響入射的光？液晶的光電特性Slide13Copyright2005什麼是液晶？什麼是液晶？從相變(PhaseTransition)認識液晶Slide14Copyright2005什麼是液晶？相變(PhaseTransition)T:溫度晶體液體氣體位置的有序性(PositionOrder)改變等向性(Isotropic)分子棒狀(Rod-Like)分子位置的有序性改變及方向的有序性(DirectionOrder)改變位置的有序性(PositionOrder)改變液晶Slide15Copyright2005什麼是液晶？液晶的物理特性介於晶體與液體兩相之間，稱中間相(mesophase)具有晶體的方向性及液體的流動性易受外在的影響而改變其特性Slide16Copyright2005什麼是液晶？液晶的分類依形成的方式•熱致型(Thermotropic)液晶:–線狀液晶(Nematic),層狀(Smectic)A,SmecticC,SmecticC*•溶致型(Lyotropic)液晶依分子的形狀•盤狀(Disk-like),棒狀(Rod-Like)………SmecticASmecticCSlide17Copyright2005什麼是液晶？XYR'RRRRRRROOOONHNHRR1.Rod-like2.Disc-like3.Bowlic4.BananaOOOONHNHRRCH3Slide18Copyright2005什麼是液晶？偏光顯微鏡下的線狀(Nematic)液晶Slide19Copyright2005什麼是液晶？定義巨觀參數有序參數(OrderParameter)指向向量(Director)液晶T:溫度晶體液體TNI(TC)有序參數S01指向向量nΘTm1nn1cos3212SSlide20Copyright2005什麼是液晶？有序參數(OrderParameter)S,可描述巨觀物理量與溫度的關係)1(TcTS25.0Slide21Copyright2005什麼是液晶？指向向量(Director)n,描述巨觀上液晶分子的排列，即空間關係，及巨觀的物理量與空間的關係指向向量(Director)xyz)(znnSlide22Copyright2005什麼是液晶？液晶的巨觀物理量具非等向性(Anisotropic)的特性機械特性(Mechanical)•彈性常數(ElasticConstant)電性(Electrical)•介電常數(DielectricConstant)光學特性(Optical)•折射率(RefractiveIndex)Slide23Copyright2005探討的問題液晶分子如何排列？從連續體理論(ContinuumTheory)了解液晶分子的排列Slide24Copyright2005液晶如何排列？連續體理論描述液晶的形變(Deformation)，即指向向量間相對的變化程度x1x2x3),,(321nnnnjixn),,(321xxxrSlide25Copyright2005液晶如何排列？連續體彈性自由能(FreeEnergy)密度分散(Spray)旋轉(Twist)彎曲(Bend))(,jiddnffjijixnn,)]()()([21332211nnKnnKnKfdSlide26Copyright2005液晶如何排列？彈性常數Slide27Copyright2005液晶如何排列？2SKiiSlide28Copyright2005液晶如何排列？彈性自由能密度，舉例IPS(In-PlaneSwitching)zyx)0),(sin),((cos)(zzzn222))((21dzzdKfdSlide29Copyright2005液晶如何排列？系統的自由能極小化dfFd0F))((,rnffjidd)(rnEular-LangrangeEquationSlide30Copyright2005探討的問題如何受電場影響？系統的總自由能必須加入電場的自由能來考量Slide31Copyright2005受電場影響後，如何排列？系統的總自由能密度要加上電場的自由能密度fdF...ffffed0F))((,rnffji)(rnEular-LangrangeEquationSlide32Copyright2005如何受電場的影響？電場自由能密度E+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-EDfe21EnD)(22)(2121EnEfeSlide33Copyright2005如何受電場的影響？電場自由能密度E+-+-E00Slide34Copyright2005如何受電場的影響？SSlide35Copyright2005探討的問題受電場影響後，如何排列？在電場的影響與邊界的束縛下，可得到臨界現象Slide36Copyright2005受電場影響後，如何排列？舉例，水平排列(Homogeneous)加垂直電場v)(zzyxd))(sin,0),((coszzn0)()0(d0cossin)(cossin)())(sincos(22113322233211EdzdKKzddKK邊界條件如何控制？Slide37Copyright2005受電場影響後，如何排列？FreederickszTransition臨界電壓(ThresholdVoltage)11KdEth11KVthSlide38Copyright2005受電場影響後，如何排列？舉例，TN(Twist-Nematic)Slide39Copyright2005探討的問題排列後，如何影響入射的光？指向向量的連續變化，同等於連續變化的光軸Slide40Copyright2005排列後，如何影響入射的光？基本光學知識極化光(PolarizedLight)•電場的偏振方向固定光軸(OpticalAxis)•光若沿著光軸的方向前進，則e-ray與o-ray的折射率一樣。•對於液晶而言，光軸方向與指向向量一致。所以，液晶指向向量的排列，相當於光軸的排列。Slide41Copyright2005排列後，如何影響入射的光？極化光自然光線性極化光Slide42Copyright2005排列後，如何影響入射的光？o-ray(尋常光)與e-ray(非尋常光)由解非等向性(Anisotropic)介質的MaxwellEquation而得nenooennn光軸？EDSlide43Copyright2005排列後，如何影響入射的光？SnSlide44Copyright2005排列後，如何影響入射的光？色散（Dispersion)的問題！Slide45Copyright2005排列後，如何影響入射的光？斜向入射22222sincos)(1eoennnxyzo-raye-rayo-ray折射率不變，e-ray的折射率隨與光軸的夾角而變Slide46Copyright2005排列後，如何影響入射的光？光軸隨空間位置而變化指向向量(Director)方向為光軸方向Slide47Copyright2005排列後，如何影響入射的光？如何計算？困難度•非等向性(Anisotropic)介質•非均勻性(Inhomogeneous)介質解MaxwellEquation？視為層狀結構(LayeredStructure)•利用2x2JonesMatrix方法•利用2x2ExtendJonesMatrix方法•利用4x4Matrix方法Slide48Copyright2005排列後，如何影響入射的光？舉例，NormallyWhiteTNSlide49Copyright2005排列後，如何影響入射的光？舉例，TN的設計32nd095.0,550nnmmd5Slide50Copyright2005觀念復習電場與邊界條件影響指向向量分佈指向向量分佈影響入射光)(),(rnrnoe)(rnV)(rET)(VTTSlide51Copyright2005LCDTV發展趨勢品質相關廣視角技術動畫品質技術製程相關ODFIBA成本相關SpinlessCoatingSlide52Copyright2005LCDTV廣視角技術PC與TV的需求Source：LCDInternational2002Slide53Copyright2005液晶顯示器模式簡介不同的液晶顯示器模式（Modes）–不同的液晶排列方法TN(Twisted-Nematic)•-AllTFT-LCDCompaniesIPS(In-Plane-Switching)•-Hitachi,NEC,LG-P,HannStarVA(Vertical-Alignment)•BumpType–Fujitzu,ChiMei,AUO•PattenedType–Samsung,Sanyo•ContinuousPinwheelAlignmentType–SharpFFS(Fringe-Field-Switching)•-BOE-HYDISOCB(Optical-Compensated-Bending)•-TMDSlide54Copyright2005液晶顯示器模式簡介液晶顯示器模式的比較176120170IPSModeoooSlide55Copyright2005液晶顯示器模式視角特性比較Slide56Copyright2005液晶顯示器模式簡介AS-IPSWV-TNVATransmittanceGoodExcellentGoodContras