平板顯示技術_C3 TFTLCD_1TFTLCD組成

1、 平板顯示技術平板顯示技術Flat Panel Display Technology第2章 液晶顯示o4 液晶驅動原理（無源驅動、有源驅動）o6 TFTLCD主要組成及關鍵技術o7 液晶顯示最新發(fā)展(器件結構、驅動方式等）o補充資料：液晶模塊構裝技術（平板顯示技術_模組構裝.ppt）Structure of TFT-LCDStructure of color TFT panelStructure of driving circuit unitLCD結構電極LCD結構剖面圖LCD制作費用比例建物/設備9.93%其他14.90%販售經(jīng)費6.39%其他C ell材2.82%偏光板7.47%人事6.4

2、%材材料料62.82%靶材0. 70%玻璃3.07%彩色濾光片16. 60%驅動IC10.33%背光模組11.59%其他模組材料10.23%R & D5.32%LCD 光利用效率TFT-LCD主要構成及關鍵工藝1.液晶2.配向膜3.濾光片4.偏光片/偏光板5.背光模塊6.TFT7.TFT-LCD制作（array, CF, .)1. Relationship of LC-Materials Properties with Cell PropertiesOperating Temp.Operating VoltageResponse TimeViewing AngleSteepness (Gray

3、 scale capability)Defect free (Disclination, mura)Image Uniformity (Image sticking,Flicker)Mesophase rangeViscosityDielectric anisotropyOptical anisotropyKiiPitch( mode)Resistivity(VHR, DC)Electro-optical Effects;LCD-Performance LC-Materials Properties LC-StructuresCell gapAlignment stability & Unif

4、ormityElectrode distance(IPS mode)Cell ParameterFFFFFFFFFDevicedesignMoleculardesign粘度影響響應時間o液晶器件的響應時間與液晶的粘度相關 d2，且 開時間還與驅動電壓和K有關；關時間與K相關 顯示器的響應時間仍需實驗測試和評估，尤其在STN顯示器方面o響應時間與驅動條件相關 與驅動頻率（小頻率）相關 與掃描路數(shù)（DUTY）相關 與驅動波形相關 與驅動芯片的負載能力相關2.配向膜o作用：對液晶分子定位o前后兩片玻璃基板上的配向膜需互成九十度方能將液晶分子依序旋轉，其制作方式是利用棉刷依一定方向刷過，也有使用蒸鍍的

5、方式配向，不過成本較高。LCD PI制作PIPI膜膜ITO ITO 透明透明電極電極PIPI液液轉印輪轉印輪ITO ITO 玻璃玻璃APRAPR版版配向膜形成配向膜形成 (PI Coating)(PI Coating)Doctor RollerDoctor RollerAnilox RollerAnilox RollerLCD 配向絨布滾筒玻璃基板移動方向移動方向ITO 透明電極經(jīng) Rubbing 后形成配向膜玻璃基板液晶分子配配 向向 工工 程程(Rubbing)(Rubbing)3.彩色濾光片（CF, color filter）在彩色濾光片上，用來遮住R、G、B各Pixel間之空隙，可大幅

6、減少LCD光點間彼此所產生的干擾，使畫面更穩(wěn)定更清晰。4.偏光板o液晶顯示器均須使用上下兩片偏光板，o功能在于將非偏振光轉為偏振光光，o液晶顯示器就是利用此偏極光加上液晶扭轉特性來達到控制光線的通過與否，以形成明暗。Polarizers: An Overview1. Dichroic Polarizer: Dyes dissolved in polymer matrices T 50%; High extinction ratio; Large size2. Polarizing Beam Splitter: Reflect S and Transmit P3. Cholesteric LC

7、Film: Reflect & Transmit Circular Polarization Need a /4 plate to convert to linear4. Brewster Angle: Reflect S, Transmit P & s5. Total Internal Reflection: Reflect S and Transmit P偏光片的基本結構偏光片的基本結構偏光片各層的作用偏光片各層的作用PVA:PVA膜是一種高分子聚合物， 用各類具有二向色性的有機染料進行染色，同時在一定的濕度和溫度條件下進行延伸，使其吸收二向色性染料形成偏振性能，在脫水、烘干后形成偏光片原

8、膜。TAC：PVA膜具有親水性，在濕熱的環(huán)境中很快會變形、收縮、松弛、衰退、且強度很低，質脆易破，不便于使用和加工，因此在膜兩邊都復合上一層強度高、透光率高而又耐濕熱的TAC膜偏光片的類型偏光片的類型碘系：易獲得高偏振度、高透過率的偏光特性，但碘的分子結構在高溫高濕的條件下容易被破壞，所以耐久性差。染料系：耐久性好，但難于獲得高偏振度、高透過率的偏光特性。偏光片角度的定義和識別偏光片角度的定義和識別零度邊的定義：不管LCD視角為幾點 鐘都以6點鐘所在對應的邊為零度邊。 偏光片角度定義：偏光片的吸收軸和LCD的零度邊的夾角 。（順時針為負，逆時針為正；上偏光片粘面向下，下偏光片粘面向上 ）H-T

9、ype Dichroic Polarizer1. H-type: Linear orientation of PVA film Imbibition in iodine solution Stabilization with boron complexes Protection with cellulose triacetate2. Features: High %T (43%); high efficiency (99.9%) Elevated heat & humidity cause steady polarization degradationCHHCCCHOHHHHOHn(Gette

10、ns et al, SID95 Appl. Digest p.7)Reflective Polarizer* S. Zhang and S. Atwood, “LCD-luminance-enhancement methods for high-ambient applications,” SID, Information Display, 7, pp.22-25 (2006).Source : US Patent: 6,016,177 ；Nitto Denko Corporation利用膽固醇偏光片將可見光波段光譜分成左旋圓偏振光穿透，右旋圓偏振光反射，再經(jīng)過相位延遲膜轉變成液晶顯示器所需之

11、線性偏振光，反射之右旋圓偏振光再經(jīng)背光模塊反射與散射，部分左旋圓偏振光分量可再利用，提升光源使用效率。 1. Gradient pitches for RGB colors2. Central wavelength = p3. Bandwidth = n p4. Brightness up 75%5. Extinction ratio: 20:1D. Broer et al, Nature, 378, 467 (1995)Enhancing PCE by CLC + /4 films膽固醇膽固醇型偏光片型偏光片 (CLC)CLC film with right handed gradient

12、pitchRCPLCPLCPLCPReflectorLampLPLPBroadband /4 filmR G BBroadband CLC Reflector1). Q. Hong et al., Liq. Cryst. 30, 367 (2003)2). S. Guaza et al., Liq. Cryst. 32, 1077 (2005)Increased n=npGradient pitch vs. uniform pitch n=0.4P0 = 240 350 nm5. 液晶背光模組o背光模組結構o背光模組組成背光模組結構直下式背光模組直下式直下式結構無導光板對于大尺寸LCD，側光式

13、結構在重量、耗電量及亮度上無優(yōu)勢。背光結構-側光結構Protector SheetPrism sheet (H)Prism sheet (V)Diffuser sheetCCFLCCFL ReflectorLight guideReflectorFrame底反射片底反射片導光板導光板擴散片擴散片+ 稜鏡片稜鏡片CCFL燈管燈管外框外框對背光模組的要求對背光模組的要求1. High Intensity & High Efficiency 10,000 Ft.L; Low power consumption2. Spectral Contents & Stability Color Purity

14、(R=630, G=550, B=450 nm) Stable from -55 to +70oC3. Wide Dimming Range 10,000 to 1 Ft.L4. Long Lifetime 10,000 hours5. Diffusion: Lambertian or collimation?背光模組組成o燈管反射罩：包住燈光發(fā)出的光，盡量送入導光板內o導光板：改變光線方向，提高正面輝度及控制亮度均勻o反射片：將底面漏出的光反射回導光板中o擴散板： 1.藉由擴散物質的折射與反射修正光行進方向，將光線導向垂直導光板的方向；2.淡化導光板上亮暗不均現(xiàn)象。o棱鏡片：提升正面亮度導光

15、板材料導光板材料導光板為壓克力所制造，一般是使用聚甲基丙烯酸甲酯。導光板的原理導光板的原理 利用全反射原理將光線傳至導光板的遠程 利用在導光板的底面印刷上圖樣，來破壞全反射，將光線射至導光板正面。導光板加工原理導光板加工原理v印刷式導光板（印刷式導光板（printprint） 一般使用的油墨是含有一般使用的油墨是含有SiO2SiO2或或TiO2TiO2， 在設計時須考慮油墨濃度、油墨種類等。在設計時須考慮油墨濃度、油墨種類等。v非印刷式導光板（非印刷式導光板（printlessprintless） 直接將直接將patternpattern的設計轉移到模具上，取代傳統(tǒng)的印刷方式，的設計轉移到模具

16、上，取代傳統(tǒng)的印刷方式，此方法可比印刷式導光板的輝度增加此方法可比印刷式導光板的輝度增加1010左右。左右。 o導光板形狀為楔形板導光板形狀為楔形板,目的在降低背光板之厚度目的在降低背光板之厚度,因因Note Book PC需求輕、薄、短小需求輕、薄、短小.o使用材料為壓克力使用材料為壓克力(Acryl)PMMA技術發(fā)展流程技術發(fā)展流程 : :1. 鑄造導光板鑄造導光板(Casting LGP)+印刷印刷(使用不吸光原料使用不吸光原料)2. 射出鏡面導光板射出鏡面導光板(Injection LGP)+印刷印刷(TiO2)3. 無印刷式射出導光板無印刷式射出導光板(Injection Nonpr

17、inting LGP)4. 復合化導光板復合化導光板,將棱鏡與擴散功能整合在將棱鏡與擴散功能整合在LGP上上 Optical LexanPMMAMelt Flow Index13N/AHDT130 deg. C95-98 deg. CImpact StrengthExcellentPoorDimensional StabilityGoodPoorWater Absorption0.15%0.3%Light Transmission89-90%92-93%UV StabilityFairGoodCCFLUV-cut (suggested)ConventionalDensity1.21.2100

18、200 300 400 500 600 700 800 900 10005060708090100visiable light Palm 505 Front Light Top ButtomTransmissive Ratio (%)W avelength穿透率穿透率測量方式測量方式：Top: 由正面入射由正面入射光線光線bottom: 由背面入射由背面入射光線光線反射片反射片使散射出導光板的光線反射回導光板中，以增加光的使用率。一般反射片依用途分為反射片與燈管反射片，特性如下: 光反射率高好的耐熱性與耐光性 燈管燈管反射片反射片CCFL燈管燈管底反射片底反射片導光板導光板擴散片擴散片擴散片擴

19、散片主要作用為主要作用為: : 修正光源的射出方向與擴散的角度修正光源的射出方向與擴散的角度 對于破壞全反射的光學結構對于破壞全反射的光學結構(pattern)(pattern)亦具亦具有覆蓋作用。有覆蓋作用。 撗散片包含透過率霧面程度撗散片包含透過率霧面程度(HAZE) (HAZE) 是產品是產品作選擇。作選擇。 Light Diffuse Film (3M)Film thickness (d): 0.12 - 0.50 mmDiffuse angle depends on d: 12 - 20o(For LCD, we need 85o diffuse angle)Total transm

20、ission: 85% Material: 100% Acrylic導光板(LGP)燈管反射片冷陰極熒光管(CCFL)棱鏡片(prism lens)下擴散片(diffuser)反射片(reflector)光反射元件(patterns;elements)上擴散片(diffuser)1. 可使光源均勻可使光源均勻擴散擴散2. 可可使光源使光源折射一折射一個個角度角度3.可遮住可遮住pattern點點，及背光表面之，及背光表面之缺點缺點導光板(LGP)光反射元件(patterns;elements)下擴散片下擴散片(diffuser)光源光源行進行進方向方向擴散層擴散層PET層抗靜電層抗靜電層or

21、防浮曲防浮曲劑劑上上擴散擴散板主要功用板主要功用為為防止防止 LENSLENS的的刮傷刮傷其底下的其底下的抗靜電層抗靜電層可避免上可避免上擴散與擴散與LENSLENS的摩擦而的摩擦而產生的刮傷產生的刮傷防浮曲防浮曲劑劑的添加的可以防止的添加的可以防止擴散板擴散板的浮曲的浮曲LENS上擴散板上擴散板下擴散板下擴散板基材基材PET,PCPET,PCPET,PCPET,PCHAZEHAZE較低較低較高較高擴散效果擴散效果較差較差較好較好透光率透光率較高較高較低較低功用功用保護保護集光集光特性特性抗靜電效果抗靜電效果抗靜電效果抗靜電效果HAZEHAZE簡單說簡單說就是就是霧面霧面效果效果HAZEHAZ

22、E愈高愈高, ,視角愈廣視角愈廣, ,霧面霧面效果愈好效果愈好, ,但但擴散擴散效果效果較差較差稜鏡片稜鏡片稜鏡片的功能:將來自擴散片的光集中，以提高面板正面的光線輝度。使用一片稜鏡片時可使正面輝度提高約1.6倍 。o增加出射光的方向性增加出射光的方向性, ,達到達到提高正面亮度的目的提高正面亮度的目的o主要材料為多元脂主要材料為多元脂(Polyester)(Polyester)或聚碳酸脂或聚碳酸脂(Polycarbonate)(Polycarbonate)o厚度約在厚度約在150230 150230 m mo表面形成間距為表面形成間距為24110 24110 m,m,頂角頂角90110901

23、10的長的長條狀鏡陣列條狀鏡陣列, ,使其有聚光之作用使其有聚光之作用. .o使用一片水平使用一片水平, ,可使正面亮度改善可使正面亮度改善1.61.6倍倍o使用兩片直角使用兩片直角+ +水平水平, ,可使正面亮度改善可使正面亮度改善2 2倍以上倍以上oBEFII,BEFIII,DBEF,RBEF,.etc.BEFII,BEFIII,DBEF,RBEF,.etc.Source : http:/ : http:/ : http:/ : http:/ reflection: Refraction: Reflection & Reflected light Improved Refraction:

24、recycled Brightness Small lossRecycledLight SourcePrism Angle: 90o, Prism Pitch: 50-mGain: single film= 58%; 2 crossed films= 114%Material: Prism= Acrylic Resin; Substrate= PolyesterThickness: 150-mBrightness Enhancement Film (3M BEF II)在3M BEF使用上必須考慮集光方向與視角要求，且使用雙層BEF時必須相互夾90度，視角會因此下降，但正面方向會因此亮度提升D

25、BEFLight GuideFront PolarizerLC cellRear PolarizerCLC layer/4 Retardar偏光片與偏光片與DBEFDBEF結合結合 (DP)(DP)DP膽固醇型偏光片膽固醇型偏光片 (CLC)Front Polarizer利用右旋圓偏光被反射再利用利用右旋圓偏光被反射再利用, ,使升使升正向穿透率正向穿透率, ,使使backlightbacklight光源利用率光源利用率上升上升將偏光片垂直之線性偏光反射再將偏光片垂直之線性偏光反射再利用利用Enhancement Film Mechanism鐵框的材質有不鏽鋼與鍍鋅鋼板.等等。塑框的材質有PC與ABS.等等。其功能是將背光模組與panel固定在特定的位置上。Patent : US06048071 SharpSource : Patent : US06048071光