다시 , 반도체 (Semiconductor) 로

Electronic Materials Research Lab. in Physics, http://smartpolymer.korea.ac.kr

다시 , 반도체 (Semiconductor) 로

Energy

전자는 없지만 존재할 수 있는 에너지 상태

전자가 절대로 존재하지 못하는 Energy Gap

에너지 준위가 전자로 꽉 찬 상태

이러한 Energy Gap확인 실험

Transistor : ① 전류 On-Off 스위치 기능 !② 전류 증폭기능 !

Si, Ge 등반도체

J. Bardeen 등 Transistor

현대물리학의 승리 ,진공관으로부터 전자기 제품 , 소자의 소형화


다시 CRT (Cathode Ray Tube) 로

Cathode Ray ( 음극선 ) :전자존재확인

Cathode Ray 의 전자가 형광판에 에너지 전달하여 光을 발생시킨다 .

즉 , 광 , 가시광선 (visible light) 를 발생할 수 있는 형광판형광판 (( 형광물질형광물질 )) 에 반도체급 물질

전자의 에너지가 전달되어 전이형상 ( 들뜬 상태 → 안정된 상태 ) 을 통해 光 발생


CRT (Cathode Ray Tube) : 전자의 인위적 퍼짐

좁은 음극선 (cathode Ray) 의 전자가 형광물질이 깔려있는 대형화면으로분산되려면 ?

전자에 또 다른 힘을 가해서 분산시킴 .

공의 운동

바람이 불면

휘어짐

자기장 인가

전자의 운동방향을 인위적으로 조정

BvF

)( e오른손 법칙

B

v

F


CRT (Cathode Ray Tube) : 진공 (Vacuum)

CRT 내부 진공유지 ! 왜 ?

진공 (vacuum) : 아무 것도 ( 불순물 , O2, N2 등 ) 없다 .

형광물질까지 전달되는 전자 운동에 방해되는 것이 없도록 유지CRT 에 외부충격 주의


CRT (Cathode Ray Tube) 종합

전자방출 (e-)

전자의 특성

전자 퍼짐 ( 위치조절 )

BvF

)( e내부 高진공 형광판에서 광 발생

에너지 양자화

e-⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙


"Break Through" of TFT-LCD TechnologyPerformance

1973 1980 1986 1992 19931987 1989 19911981

1. High Definition2. Large Screen

Personal Computer

Movie(TV, etc)

Thin construction Module

Color

Color TV

Dot Matrix

Low Power consumption

Application for Displays

Active AddressingDrive

TFT

FST

DSTN

STN

TN(Simple Matrix)

TN(Static Drive)

DSM

1996(Year)

1997 1998 1999 2000

Wide viewing

1. Integrated drivers2. High resolution

IPS, MVA

Poly-Si

2010

Digital HDTViSystem on Display

참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 ( 북스힐 )


Application of LCD

Reflective LCD(Ref:paper)

LCDs

Projection LCD(Ref:slide projector, OHP

cinema, CRT)

Direct view LCD(high end)

SVGA

VGA

UDTVHDTV

XVGA

SVGA

VGA

UDTV

HDTV

XVGA(1024×768 ×RGB)pixels

SVGA(800 ×600 ×RGB)pixels

VGA(640 ×480 ×RGB)pixels

OA

Handy personal units

Electronic papers

10M pixels

1M pixels

Pocket computer

Calculators





액정은 결정과 액체의 중간상으로 정의된다 . thermotro-pic 액정상이 나타나는 온도범위는 녹는점 (Tm) 과 clearing point (Tc) 사이이다 .



액정이란



Magnematic 액 정 분 자 배열에 대한 2 차원 구조를 도 식 적 으 로 나 타 냈 다 . 각 각 의 막 대 기 모 양 의 분자는 동요가 심하다 .

예 ) CH3 O N CH3ON (PAA 분자 )



smetic 액 정 의 도 식 적 인 표 시 . 이 상은 층과 직각이거나 거 의 직 각 인 분 자 의 층으로 이루어 졌다 . 이 그림은 정돈된 층 구 조 를 보 여 준 다 . 그러나 분자의 변동은 다른 액정상의 그것과 거의 비슷하다 .



액정 (Liquid Crystal) 의 특성

액정을 구성하는 분자 ( 극성 ) 들이 외부 전기장에 의해서 한쪽 방향으로 정열한다 .

외부 전기장 (E) 가 없는 경우 외부 전기장 (E) 가 있는 경우액정

구성분자

액정분자 : 임의의 방향 .

ⓛ

액정분자 : 한쪽방향으로 정열

ⓛ


TN 셀의 분자 배향 . 전계 ( 전 기 장 ) 가 없 을 경 우 , 상 하 유 리 기 판 사 이 에 서 분자 배열은 90 ° 의 각도로 회전한다 . 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90°회전한다 . ( 빛 On 상태 )



충분히 높은 전계 ( 전기장 ) 가 셀에 인가되었을 때 , 분자는 유리에 직각으로 배열 ( 수직 배열 ) 되고 편광된 빛의 회전은 없 다 . 그 래 서 빛 은 상 판 편 광 판 에 의 해 차 단 이 되 고 셀을 통해 나오지 않게 된다 . ( 빛 Off 상태 )



편광 (Polarization) 의 원리

편광되지 않은 빛이 편광판을 지날 때


TFT-LCD 에서 LC( 액정 , Liquid Crystal) 의 역활

LC 분자

빛

예 ) Back light

편광판및 전극

입사하는 빛의 On-Off 스위치 가능


액정 Cell 의 구조



Color 형성방법

Red blue

Green

θ

Θ ＜ 0.3° white





TFT- LCD One Pixel

300 ㎛

Common ElectrodOne Pixel

Data Line

Pixel Electrod

Gate Line

)

) C/F Substrate

TFT Substrate



각 단위 화소의 작동 (Operating)

단위 화소 내의 R(red), G(green), B(blue) 의 Cell 을

작동하기 위해서 전기 신호의 On-Off 및 증폭이 요구됨

얇은 박막 형태 트랜지스터(Thin Film Transistor)

얇은 박막형 평판 (Flat) 구현

트랜지스터 (transistor)


트랜지스터 (Transistor)

기능 : ① 전류 On-Off 스위치 기능② 전류의 증폭기능

원리

약한 전류 IB 로 회로에 흐르는 전류 IC 를 변화

전류의 증폭

IB=0

IB>0

IB 로 흐르는 전류

공핍층이 줄어듬

양공이 빠져 나감

전류가 늘어난다 .


얇은 박막형 트랜지스터 (Thin Film Transistor)I-V Characteristics of a-Si TFT

VG

(-20V~20V)

IdG

S

D

GND

10 V

AVD= 10VVS = 0V (GND)VG= -20 ~ 20V

-20 vIoff < 1pA

Id

VG20 v

10 -6

10 -12

Ion > 1A

TFT OnTFT Off

-5 v

TFT 를 이용하여 Pixcell 당 Cell 의 전류 On-Off 및 증폭을 통해서 TFT-LCD 를 작동시킴 (Digital 화 )

평판형 TFT 구현 !


TFT/LCD 화소의 단면 구조 . polyimide 막은 액정분자들이 알맞은 방향으로 배열되도록 문질러진다 . Spacer 의 직경은 액정의 셀 gap 을 의미하며 5m 정도의 크기를 갖는다 .

TFT - LCD Cell 구조

TFT Substrate

Spacer

Glass

Passivation

Black Matrix Color Filter

Common Electrode

Polyimide Film

Gate

Pixel ElectrodeSourceDrai

n

C/F Substrate

LiquidCrystal

Insulator Stg. Cap.

a-Si:H



컬러 TFT-LCD panel 구조 ( 직시형 , 투과형 )

Glass Substrate

Color Filter

Counter Electrode

InsulatorBetween Line

Polarizer

Display Electrode

Diffuser

SourceElectrode

DrainElectrode

Liquid CrystalGlass Substrate

Polarizer

Backlight

Address Line

Data Line

a-Si TFT

Black Matrix



TFT/LCD 의 구 성 도 .TFT 와 color-filter 기 판 은 평 행 한 두 개 의 얇 은 판으로서 그 사이에 액정 층이 삽입되는 구 조 를 갖 는 다 . Normally-White 디 스 플 레 이 인 교 차 편 광 판 시 스 템(crossed-polarizer system) 을 나타내었다 .



평판 디스플레이의 면적 당 화 소 수 . 이 그 림 에 서 는 컴 퓨 터 터 미 널 디 스 플 레 이 를 기준으로 하였고 행과 열에 해당하는 화소의 수 는 H 와 V 로 표 현 되 었 으 며 각 각 의 해상도는 기판크기를 460×360 가정했을 때의 패널과 화소크기로 예를 들었다 .


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