平板显示技术_C3 TFTLCD_1TFTLCD组成

1、 平板显示技术平板显示技术Flat Panel Display Technology第2章 液晶显示o4 液晶驱动原理（无源驱动、有源驱动）o6 TFTLCD主要组成及关键技术o7 液晶显示最新发展(器件结构、驱动方式等）o补充资料：液晶模块构装技术（平板显示技术_模组构装.ppt）Structure of TFT-LCDStructure of color TFT panelStructure of driving circuit unitLCD结构电极LCD结构剖面图LCD制作费用比例建物/設備9.93%其他14.90%販售經費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主要构成及关键工艺1.液晶2.配向膜3.滤光片4.偏光片/偏光板5.背光模块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粘度影响响应时间o液晶器件的响应时间与液晶的粘度相关 d2，且 开时间还与驱动电压和K有关；关时间与K相关 显示器的响应时间仍需实验测试和评估，尤其在STN显示器方面o响应时间与驱动条件相关 与驱动频率（小频率）相关 与扫描路数（DUTY）相关 与驱动波形相关 与驱动芯片的负载能力相关2.配向膜o作用：对液晶分子定位o前后两片玻璃基板上的配向膜需互成九十度方能将液晶分子依序旋转，其制作方式是利用棉刷依一定方向刷过，也有使用蒸镀的

5、方式配向，不过成本较高。LCD PI制作PIPI膜膜ITO ITO 透明透明电极电极PIPI液液转印轮转印轮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 配向绒布滚筒玻璃基板移动方向移动方向ITO 透明电极经 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.彩色滤光片（CF, color filter）在彩色滤光片上，用来遮住R、G、B各Pixel间之空隙，可大幅

6、减少LCD光点间彼此所产生的干扰，使画面更稳定更清晰。4.偏光板o液晶显示器均须使用上下两片偏光板，o功能在于将非偏振光转为偏振光光，o液晶显示器就是利用此偏极光加上液晶扭转特性来达到控制光线的通过与否，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偏光片的基本结构偏光片的基本结构偏光片各层的作用偏光片各层的作用PVA:PVA膜是一种高分子聚合物， 用各类具有二向色性的有机染料进行染色，同时在一定的湿度和温度条件下进行延伸，使其吸收二向色性染料形成偏振性能，在脱水、烘干后形成偏光片原

8、膜。TAC：PVA膜具有亲水性，在湿热的环境中很快会变形、收缩、松弛、衰退、且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工，因此在膜两边都复合上一层强度高、透光率高而又耐湿热的TAC膜偏光片的类型偏光片的类型碘系：易获得高偏振度、高透过率的偏光特性，但碘的分子结构在高温高湿的条件下容易被破坏，所以耐久性差。染料系：耐久性好，但难于获得高偏振度、高透过率的偏光特性。偏光片角度的定义和识别偏光片角度的定义和识别零度边的定义：不管LCD视角为几点 钟都以6点钟所在对应的边为零度边。 偏光片角度定义：偏光片的吸收轴和LCD的零度边的夹角 。（顺时针为负，逆时针为正；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利用胆固醇偏光片将可见光波段光谱分成左旋圆偏振光穿透，右旋圆偏振光反射，再经过相位延迟膜转变成液晶显示器所需之

11、线性偏振光，反射之右旋圆偏振光再经背光模块反射与散射，部分左旋圆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胆固醇胆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. 液晶背光模组o背光模组结构o背光模组组成背光模组结构直下式背光模组直下式直下式结构无导光板对于大尺寸LCD，侧光式

13、结构在重量、耗电量及亮度上无优势。背光结构-侧光结构Protector SheetPrism sheet (H)Prism sheet (V)Diffuser sheetCCFLCCFL ReflectorLight guideReflectorFrame底反射片底反射片导光板导光板扩散片扩散片+ 稜鏡片稜鏡片CCFL灯管灯管外框外框对背光模组的要求对背光模组的要求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?背光模组组成o灯管反射罩：包住灯光发出的光，尽量送入导光板内o导光板：改变光线方向，提高正面辉度及控制亮度均匀o反射片：将底面漏出的光反射回导光板中o扩散板： 1.藉由扩散物质的折射与反射修正光行进方向，将光线导向垂直导光板的方向；2.淡化导光板上亮暗不均现象。o棱镜片：提升正面亮度导光

15、板材料导光板材料导光板为压克力所制造，一般是使用聚甲基丙烯酸甲酯。导光板的原理导光板的原理 利用全反射原理将光线传至导光板的远程 利用在导光板的底面印刷上图样，来破坏全反射，将光线射至导光板正面。导光板加工原理导光板加工原理v印刷式导光板（印刷式导光板（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， 在设计时须考虑油墨浓度、油墨种类等。在设计时须考虑油墨浓度、油墨种类等。v非印刷式导光板（非印刷式导光板（printlessprintless） 直接将直接将patternpattern的设计转移到模具上，取代传统的印刷方式，的设计转移到模具

16、上，取代传统的印刷方式，此方法可比印刷式导光板的辉度增加此方法可比印刷式导光板的辉度增加1010左右。左右。 o导光板形状为楔形板导光板形状为楔形板,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需求轻、薄、短小需求轻、薄、短小.o使用材料为压克力使用材料为压克力(Acryl)PMMA技术发展流程技术发展流程 : :1. 铸造导光板铸造导光板(Casting LGP)+印刷印刷(使用不吸光原料使用不吸光原料)2. 射出镜面导光板射出镜面导光板(Injection LGP)+印刷印刷(TiO2)3. 无印刷式射出导光板无印刷式射出导光板(Injection Nonpr

17、inting LGP)4. 复合化导光板复合化导光板,将棱镜与扩散功能整合在将棱镜与扩散功能整合在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穿透率穿透率测量方式测量方式：Top: 由正面入射由正面入射光线光线bottom: 由背面入射由背面入射光线光线反射片反射片使散射出导光板的光线反射回导光板中，以增加光的使用率。一般反射片依用途分为反射片与灯管反射片，特性如下: 光反射率高好的耐熱性与耐光性 灯管灯管反射片反射片CCFL灯管灯管底反射片底反射片导光板导光板扩散片扩散片扩散片扩

19、散片主要作用为主要作用为: : 修正光源的射出方向与扩散的角度修正光源的射出方向与扩散的角度 对于破坏全反射的光学结构对于破坏全反射的光学结构(pattern)(pattern)亦具亦具有覆盖作用。有覆盖作用。 撗散片包含透过率雾面程度撗散片包含透过率雾面程度(HAZE) (HAZE) 是产品是产品作选择。作选择。 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)灯管反射片冷阴极荧光管(CCFL)棱镜片(prism lens)下扩散片(diffuser)反射片(reflector)光反射元件(patterns;elements)上扩散片(diffuser)1. 可使光源均勻可使光源均勻扩散扩散2. 可可使光源使光源折射一折射一个个角度角度3.可遮住可遮住pattern点点，及背光表面之，及背光表面之缺点缺点导光板(LGP)光反射元件(patterns;elements)下扩散片下扩散片(diffuser)光源光源行进行进方向方向扩散层扩散层PET层抗静电层抗静电层or

21、防浮曲防浮曲剂剂上上扩散扩散板主要功用板主要功用为为防止防止 LENSLENS的的刮伤刮伤其底下的其底下的抗静电层抗静电层可避免上可避免上扩散与扩散与LENSLENS的摩擦而的摩擦而产生的刮伤产生的刮伤防浮曲防浮曲剂剂的添加的可以防止的添加的可以防止扩散板扩散板的浮曲的浮曲LENS上扩散板上扩散板下扩散板下扩散板基材基材PET,PCPET,PCPET,PCPET,PCHAZEHAZE较低较低较高较高扩散效果扩散效果较差较差较好较好透光率透光率较高较高较低较低功用功用保护保护集光集光特性特性抗静电效果抗静电效果抗静电效果抗静电效果HAZEHAZE简单说简单说就是就是雾面雾面效果效果HAZEHAZ

22、E愈高愈高, ,视角愈广视角愈广, ,雾面雾面效果愈好效果愈好, ,但但扩散扩散效果效果较差较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, ,达到达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