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

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

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。

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 易攜帶 數位化處理資訊傳播容易 多媒體呈現 紙、筆 資料情報檢索容易 資訊量大 容易閱讀、姿勢隨讀者喜好 維持顯示畫面 不需電源 不需電源 薄且可折、易攜帶 顯示資料可修改

介紹 (2)---可撓式顯示器(Flexible Display ) 影片欣賞

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 ....

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。

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”

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)

面板剖面圖 CF基板 TFT基板 玻璃基板 液晶 Color filter 偏光板 共通電極 配向膜 框膠 畫素電極 TFT 偏光板 側光 反射板 擴散板 分光片

紅 藍 綠 黃 白 紫 青 液晶顯示原理 彩色濾光片 上偏光片 下偏光片 光源 TFT基板 液晶

顯示器優劣 資料來源：工研院

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.

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。

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。 配向膜 配向方向為 玻璃 液晶 圖二

偏振片 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。 為配向膜刻痕之方向 偏振片 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。

++ + - - - E positive 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。

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。

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。

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 玻璃 ITO 配向膜

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。 玻璃 ITO 配向膜 Rub方向 簽字筆紀錄方向

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 x Rub方向 玻璃 ITO 配向膜

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。 ITO 配向膜 AB膠

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。 滴入液晶 玻璃 ITO 配向膜 AB膠

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。 玻璃 ITO 配向膜 AB膠

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。 貼上銅膠帶 焊上電線 刮掉配向膜以及AB膠露出ITO膜

完整的構造圖 玻璃 ITO 配向膜 Rob方向 x 液晶總共轉了90度 未加電壓 約0.5mm 約幾個μm

完整的構造圖 玻璃 ITO 配向膜 Rob方向 x + _ 外加電壓 E 液晶皆同方向

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 未加電壓 有加電壓

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

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° Scan Rate 掃瞄頻率 28~65 KHz 56~78 Hz 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 3 W Function 附加功能 Kensington Lock防盜鎖孔 結論