다시, 반도체(Semiconductor)로

Presentation on theme: "다시, 반도체(Semiconductor)로"— Presentation transcript:

1 다시, 반도체(Semiconductor)로
전자는 없지만 존재할 수 있는 에너지 상태 Si, Ge 등 반도체 J. Bardeen 등 Transistor 이러한 Energy Gap 확인 실험 전자가 절대로 존재하지 못하는 Energy Gap Energy 에너지 준위가 전자로 꽉 찬 상태 현대물리학의 승리, 진공관으로부터 전자기 제품, 소자의 소형화 Transistor : 전류 On-Off 스위치 기능 ! 전류 증폭기능 !

2 다시 CRT (Cathode Ray Tube)로
전자존재확인 Cathode Ray의 전자가 형광판에 에너지 전달하여 光을 발생시킨다. 즉, 광,가시광선(visible light)를 발생할 수 있는 형광판(형광물질)에 반도체급 물질 전자의 에너지가 전달되어 전이형상 (들뜬 상태 → 안정된 상태)을 통해 光 발생

3 CRT (Cathode Ray Tube) : 전자의 인위적 퍼짐
형광물질이 깔려있는 대형화면으로 분산되려면? 전자에 또 다른 힘을 가해서 분산시킴. 자기장 인가 전자의 운동방향을 인위적으로 조정 오른손 법칙 바람이 불면 휘어짐 공의 운동

4 CRT (Cathode Ray Tube) : 진공 (Vacuum)
진공 (vacuum) : 아무 것도 (불순물, O2, N2 등) 없다. 형광물질까지 전달되는 전자 운동에 방해되는 것이 없도록 유지 CRT에 외부충격 주의

5 CRT (Cathode Ray Tube) 종합
⊙⊙⊙⊙ e- 전자방출 (e-) 전자의 특성 전자 퍼짐 (위치조절) 형광판에서 광 발생 내부 高진공 에너지 양자화

6 "Break Through" of TFT-LCD Technology
Performance 1973 1980 1986 1992 1993 1987 1989 1991 1981 1. High Definition 2. Large Screen Personal Computer Movie(TV, etc) Thin construction Module Color Color TV Dot Matrix Low Power consumption Application for Displays Active Addressing Drive TFT FST DSTN STN TN(Simple Matrix) TN(Static Drive) DSM 1996 (Year) 1997 1998 1999 2000 Wide viewing 1. Integrated drivers 2. High resolution IPS, MVA Poly-Si 2010 Digital HDTVi System on Display 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

7 (Ref:slide projector, OHP cinema, CRT)
Application of LCD Reflective LCD (Ref:paper) LCDs Projection LCD (Ref:slide projector, OHP cinema, CRT) Direct view LCD (high end) SVGA VGA UDTV HDTV XVGA 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 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

8 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

9 액정은 결정과 액체의 중간상으로 정의된다. thermotro-pic 액정상이 나타나는 온도범위는 녹는점(Tm)과 clearing point (Tc) 사이이다.
참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

10 액정이란 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

11 Magnematic 액정 분자 배열에 대한 2차원 구조를 도식적으로 나타냈다. 각각의 막대기 모양의 분자는 동요가 심하다.
참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐) CH3 O N 예) (PAA 분자)

12 smetic 액정의 도식적인 표시. 이 상은 층과 직각이거나 거의 직각인 분자의 층으로 이루어 졌다
참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

13 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 경우 액정 구성분자 액정분자 : 한쪽방향으로 정열 ⓛ ⓛ 액정분자 : 임의의 방향.

14 TN 셀의 분자 배향. 전계 (전기장)가 없을 경우, 상하 유리기판 사이에서 분자 배열은 90 °의 각도로 회전한다
TN 셀의 분자 배향. 전계 (전기장)가 없을 경우, 상하 유리기판 사이에서 분자 배열은 90 °의 각도로 회전한다. 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90°회전한다. (빛 On 상태)  참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

15 충분히 높은 전계(전기장)가 셀에 인가되었을 때, 분자는 유리에 직각으로 배열(수직 배열)되고 편광된 빛의 회전은 없다
충분히 높은 전계(전기장)가 셀에 인가되었을 때, 분자는 유리에 직각으로 배열(수직 배열)되고 편광된 빛의 회전은 없다. 그래서 빛은 상판 편광판에 의해 차단이 되고 셀을 통해 나오지 않게 된다.  (빛 Off 상태) 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

16 편광 (Polarization)의 원리 편광되지 않은 빛이 편광판을 지날 때

17 TFT-LCD에서 LC(액정, Liquid Crystal)의 역활
빛 예) Back light 편광판 및 전극 LC 분자 입사하는 빛의 On-Off 스위치 가능

18 액정 Cell의 구조 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

19 Color 형성방법 Red blue Green θ Θ＜0.3° white 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

20 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

21 TFT- LCD One Pixel ) 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐) 300 ㎛ C/F Substrate
Common Electrod One Pixel Data Line Pixel Electrod Gate Line ) C/F Substrate TFT Substrate 참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

22 (Thin Film Transistor)
각 단위 화소의 작동 (Operating) 단위 화소 내의 R(red), G(green), B(blue)의 Cell을 작동하기 위해서 전기 신호의 On-Off 및 증폭이 요구됨 트랜지스터 (transistor) 얇은 박막 형태 트랜지스터 (Thin Film Transistor) 얇은 박막형 평판 (Flat) 구현

23 트랜지스터 (Transistor) 기능 : ①전류 On-Off 스위치 기능 ②전류의 증폭기능 원리 약한 전류 IB로
공핍층이 줄어듬 양공이 빠져 나감 전류가 늘어난다. 약한 전류 IB로 회로에 흐르는 전류IC를 변화 전류의 증폭 IB=0 IB>0

24 얇은 박막형 트랜지스터(Thin Film Transistor)
I-V Characteristics of a-Si TFT A VD= 10V VS = 0V (GND) VG= -20 ~ 20V D Id G VG (-20V~20V) S 10 V GND Id VG 20 v 10 -6 -12 Ion > 1mA TFT On TFT Off -5 v Ioff < 1pA -20 v TFT를 이용하여 Pixcell당 Cell의 전류 On-Off 및 증폭을 통해서 TFT-LCD를 작동시킴 (Digital화) 평판형 TFT 구현!

25 TFT - LCD Cell 구조 TFT Substrate Spacer Glass Passivation Black Matrix Color Filter Common Electrode Polyimide Film Gate Pixel Electrode Source Drain C/F Substrate Liquid Crystal Insulator Stg. Cap. a-Si:H TFT/LCD 화소의 단면 구조. polyimide 막은 액정분자들이 알맞은 방향으로 배열되도록 문질러진다. Spacer의 직경은 액정의 셀 gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다.  참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

26 컬러 TFT-LCD panel 구조(직시형, 투과형)

27 TFT/LCD의 구성도.TFT와 color-filter 기판은 평행한 두 개의 얇은 판으로서 그 사이에 액정 층이 삽입되는 구조를 갖는다. Normally-White 디스플레이인 교차 편광판 시스템(crossed-polarizer system)을 나타내었다.  참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)

28 평판 디스플레이의 면적 당 화소수. 이 그림에서는 컴퓨터 터미널 디스플레이를 기준으로 하였고 행과 열에 해당하는 화소의 수는 H 와 V로 표현되었으며 각각의 해상도는 기판크기를 460×360 가정했을 때의 패널과 화소크기로 예를 들었다.  참고문헌 : TFT/LCD : 이충훈 저 (북스힐)