2.今彩視界

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今彩視界
Modern color display world
主講人: 張議聰 老師


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大綱






介紹
今日的彩色視界
LCD的結構
如何從規格表中選購優良的LCD
結論

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介紹




平面顯示產業為台灣目前兩兆雙星之一兆,
包 含 LCD 、 PDP 、 FED 、 LED Display 、
OLED/PLED以及背投影等相關產業均快速崛
起中,平面顯示技術產業已被公認為台灣
繼半導體產業後下一個最重要的明星產業。
此課程主要以液晶顯示器為上課內容,利
用它擁有質量輕容易攜帶、體積小不佔空
間等優勢,而且消耗的能量也比較低的特
性等等,以便了解液晶材料應用上的普遍
與重要性。

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介紹 (1) ---重要性
電子顯示器
電子書
容易處理資料
可顯示動畫與全彩
資料情報檢索容易
數位化處理資訊傳播容易

易攜帶
多媒體呈現

紙、筆
容易閱讀、姿勢隨讀者喜好
不需電源
薄且可折、易攜帶
顯示資料可修改

資料情報檢索容易
資訊量大
維持顯示畫面
不需電源

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介紹 (2)---可撓式顯示器(Flexible Display )


影片欣賞

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介紹 (3) --- 有機發光二極體 (OLED)

產品應用
可攜式應用:
遊戲機、行動電話、音響面板、數位相機、個人數位助理(PDA)、汽車導航、電子書 ....
中大尺寸應用:
資訊家電(IA)、筆記型電腦、監視器、電視 ....
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介紹 (4) --- 液晶顯示器 (LCD)

•LCD TV沒有輻射的問題
•而且低耗電與耗材,
•對地球的能源環保也可以盡
一份心力。

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應用市場

PDA & M/S Monitor– 1.8”/2.2”/ 4” / 7” / 8” / 9”

LCD Monitor-- 15”/ 17”/19”/20”

LCD TV-- 26”/32”/37”
Notebook -- 14.1”/15.4”

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TFT-LCD產品的基本構成元件


基本構造







背光板(BACK LIGHT)
下偏光片(DOWN POLARIZER)
薄膜基板(TFT SUBSTRATE)
液晶(LIQUID CRYSTAL)
彩色濾光片(COLOR FILTER )
上偏光片(UP POLARIZER)

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面板剖面圖
玻璃基板

Color filter

液晶
偏光板

CF基板

共通電極

配向膜

框膠
TFT

畫素電極

TFT基板

偏光板

側光
擴散板

分光片

反射板
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液晶顯示原理










上偏光片
彩色濾光片
液晶
TFT基板

下偏光片
光源
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顯示器優劣
資料來源:工研院


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LCD、LED 和OLED的比較
1. LCD = Liquid crystal display 液晶顯示器
為平面顯示器件 , 在兩
片平型玻璃間夾一液晶層,透過反射或背光及透過電極控制液晶分子偏振方向
(旋轉)已控制光線的On/Off 來達到一 畫素(Pixel) 的顯示 , 因其顯示功耗
很低,體積輕薄較無低頻輻射困擾下 因此近年來在各電子週邊上都看的到它,
幾乎已取代傳統的 CRT 顯示器.
2. LED = Light-emitting diode 發光二極體 ,
屬半噵體製發光元件,常用於指示燈,動態顯示板.其具有發光效率高,省電,壽
命長,不發熱...等優點,與傳統鎢絲燈源相異.早期只有紅綠黃三顏色,近期藍
光白光及高亮度LED出現,也將LED的應用推向一般照明如手電筒交通號誌燈...
等是未來的光源新星,足以一一取代相關光源.除可見光部份外尚有 IR LED
亦常用於遙控器...等設備中用途很廣.
3. OLED = Organic light-emitting diode 有機發光二極體
屬較特殊的發光二極體,顯示技術同LED故生產技術及顯示控制技術均較 LCD
簡單多,顯示響應時間一短. OLED的顯示技術與LCD 之最大不同處即它屬自發
光型顯示不需外加背光燈源,且可更輕更薄且可視角度廣 & 色彩飽和度更大
更加省電.但目前技術尚未完全突破故壽命很短以及大尺寸製程難達到等瓶頸
相信假以時日必為未來的顯示器明星.
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液晶材料:

液晶的發現可回溯到1888年,當時奧地利植物學者Reinitzer在加熱安息
香酸膽石醇時,意外發現異常的融解現象。因為此物質雖在145℃融解,
卻呈現混濁的糊狀,達179℃時突然成為透明的潺潺液體;若從高溫往下降
溫的過程觀察,在179℃突然成為糊狀液體,超過145℃時成為固體的結晶。
其後由德國物理學者Lehmann[1]利用偏光顯微鏡觀察此安息香酸膽石醇的
混 濁 狀 態 , 證 實 是 一 種 「 具 有 組 織 方 位 性 的 液 體 」 (crystalline
liquid),至此才正式確認液晶的存在, 並開始了液晶的研究。

液晶態為介於液態以及固態的第四態,所以液晶不僅僅有液態可隨意流動
的特性,還有晶體的特性,它的排列會有類似晶格的形式,如果有適當的
邊界條件,它也是可以排列的相當的整齊。
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液晶如何在cell裡排列?
圖一

1.液晶的邊界條件,是由配向膜
所給定的,配向膜是高分子的
聚合物,而要有配向的功能則
是要在上面留下奈米(nm) 等級
的溝槽﹝液晶也為奈米等級﹞,
使得液晶可以陷在裡面,如右
圖一。
2.若上下都有配向膜控制液晶的
方向,則中間的液晶因為有晶
體的特性,所以被迫要順著上
下的邊界條件而排列,如右圖
二。

圖二
玻璃
配向膜 配向方向為
液晶

配向膜

配向方向為
玻璃
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為配向膜刻痕之方向

1.此次所要做的cell之配向
膜為垂直的配向,如右圖
所示,因為邊界條件為垂
直,所以中間的液晶會慢
慢的旋轉。
2.液晶的另一個重要性質,
旋光性,若兩片偏振片垂
直放置,光由一端射入,
理論上另一端應該沒有辦
法有光透過﹝因為光為橫
波﹞,但是因為液晶有旋
光性,所以光會像右圖一
樣,伴隨著液晶旋轉而轉
動90度,因此光可以透過
兩片垂直的偏振片。
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positive

++
+++

E

- ---

E
negative

液晶 有隨電場轉動
的特性,如右上圖,
會隨著電場方向轉
動的 為正型液晶 ,
而垂 直電場方向排
列的 為負型液晶 ,
如右下圖,在工業
上常 用的液晶多為
正型 液晶 ,此次所
用的 液晶亦為正型
液晶。
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因為液晶有旋光性的特質,且有隨著電場排列的性質,所以我們可以設計出類似
LCD原理的cell,若下方為光源,上左圖沒加電場,為亮狀態,上右圖為加電場,
液晶隨電場排列,所以光無法通過兩垂直偏振片,為暗狀態,所以透過外加電場可
以控制亮暗狀態,若可以將此cell做得很小,又將三個很小的cell各加上紅綠藍三
色 , 則 三 個 小 cell 可 以 作 為 LCD 的 一 個 畫 數 , 此 一 方 法 為 工 業 上 TN﹝ twist
numatic ﹞ 的 製 程 方 法 , 不 過 此 種 製 程 已 被 淘 汰 , 僅 中 華 映 管 還 在 使 用
STN﹝ super twist numatic ﹞的技術。

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製程步驟
1.裁割ITO玻璃,使之成為8x8 cm2.
註:ITO玻璃為玻璃上一面﹝只有一面﹞鍍上一
層銦錫氧化物﹝Indium Tin Oxide﹞透明導電
物質,使用ITO的原因為要製造電場,可以用
三用電錶來確定哪一面有ITO。
2.用丙酮洗玻璃,直到肉眼看不到髒點。
註:洗淨玻璃是為了不要在cell製作好後有壞點
出現。
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3.在玻璃ITO上自旋塗佈﹝spin coating﹞配向膜。
註:在自旋塗佈之前,一定要確保玻璃上佈滿配向膜,此一步驟是
為了要使塗佈後,整片玻璃的厚度相差不大。
4.將塗完配向膜的玻璃拿去軟烤﹝低溫﹞及硬考﹝高溫﹞。
註:要軟烤的原因是要烤掉水氣,硬考是要使其高分子鏈結,每一
種配向膜的溫度都不相同。做完上4步驟,側面圖如下

配向膜
ITO
玻璃
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5. 摩擦配向膜,使其留下溝槽,但是要記錄. 摩擦的方向,用簽字筆劃
在玻璃背面。
註:通常是用絨布滾輪機台摩擦配向膜,但是如果沒有機台,可以固定
玻璃,直接用絨布在上面摩擦,但是注意要同一個方向摩擦,不可來
回摩擦。
Rub方向
配向膜
ITO
玻璃
簽字筆紀錄方向
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6.將兩片有配向膜的面朝內放置,最重要的是要將兩片玻璃配向膜rub的
方向垂直放置,但注意左右要留縫隙,上下對齊,如下圖所示
註:兩玻璃之間仍會有空隙,大約是幾個μm

玻璃
ITO
配向膜
x

Rub方向

Rub方向
配向膜

ITO
玻璃
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7.將左右塗上AB膠,注意兩片玻璃要稍加施力壓合,使AB膠直接因為
毛細現象而吸入,但是注意因為壓合的過程中玻璃也許會滑動,
不要讓AB膠滲入太深。

AB膠
玻璃
ITO
配向膜
配向膜
ITO
玻璃
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8.帶AB膠乾了以後,使用針頭由上方滴入液晶,也是利用毛細現象使得
液晶注入,但是注意不要上下兩方都滴液晶,因為會使得裡面有空氣,
而使得液晶無法進入,所以也要小心在滴的過程中,不要讓液晶從左
右流到下方而使液晶無法完全注入。

AB膠
玻璃
ITO
配向膜

配向膜
滴入液晶

ITO
玻璃
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9.液晶在經過毛細現象在注入的過程中就會排列整齊,cell
中佈滿了液晶之後,將多餘的液晶擦掉,再將上下兩端同
樣的用AB膠封好,檢視一下是否整個cell都已經封好了。
AB膠

玻璃
ITO
配向膜
AB膠

配向膜
ITO
玻璃
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10.待AB膠乾了之後,將左右預留部份的配向膜以及AB膠
刮除﹝為了要導電﹞,貼上銅膠帶,之後在焊上﹝或
貼上﹞電線,如下圖所示。製程完成
註:此步驟是為了要加電場用的,左右都要做喔。

刮掉配向膜以及AB膠露出ITO膜







焊上電線

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完整的構造圖
玻璃
約0.5mm

ITO






配向膜

Rob方向

約幾個μm

配向膜

x Rob方向

ITO
約0.5mm

玻璃
液晶總共轉了90度
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完整的構造圖
+





玻璃
ITO
配向膜

Rob方向

E
配向膜
ITO

x Rob方向

液晶皆同方向

玻璃

_
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實驗開始
將左右電線接上訊號產生器,注意要使
用交流電,因為如果用直流電的話會累
積電荷,將cell前後放上偏振片,兩偏
振片要垂直,在一方放上光源,在另一
方觀察,則未加電壓為亮狀態,有加電
壓則是暗狀態。如下圖










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如何選購LCD顯示器













什麼是TFT-LCD?
TFT-LCD 優點為何?
選購LCD有下列幾個基本指標:
亮度
對比
可視範圍
像素解析度
國際認證
輸入端子
LCD 亮點/暗點,認定標準
面板除了亮點外還有什麼可分辨等級好壞
原廠標籤判斷

水波紋

殘留陰影

色純度不良

清析度不足

亮度不夠
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結論

Model 機型

1514

Input Interface 輸入界面

Analog

Pixel Pitch 點距

0.297 mm

Resolution 解析度

1024 x 768 / XGA

Display Color 顯示色數

16.7 M

Brightness 亮度

400 cd/m2﹝typical﹞

Contrast Ratio 對比值

400:1﹝typical﹞

Viewing Angle

Horizontal 水平

140°﹝typical﹞

可視角度

Vertical 垂直

120°

Horizontal 水平

28~65 KHz

Vertical 垂直

56~78 Hz

Scan Rate 掃瞄頻率
Display Area 可視面積

304.1 x 228.1 mm

Response Time 反應時間

15 ms

Input Connect 輸入端子

D-Sub 15pin

Power Source 電源

Stand-Alone AC Adapter 100~240VAC, 50/60Hz﹝Output: 12VDC,
4A﹞

Weight 重量

3.3 kg﹝Including Stand﹞

Tilt Angle 傾斜角度

0° ~ 30°

Speakers 喇叭

No

Wall Mount 牆壁固定

VESA Standard

Dimension﹝W x H x D﹞寬 x高 x 深

384 x 379 x 174 mm

Power Consumption 消耗功率

48W

Power Saving State 待機消耗功率

3W

Function 附加功能

Kensington Lock防盜鎖孔

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