半透半反LCD_精品文档资料下载.pdf

1、羅元甫 撰 中華民國九十五年六月 I 致謝 致謝 鳳凰花開，樹上蟬鳴不絕於耳，又來到了這畢業的季節。轉眼間，就快結束這兩年的碩士生涯，在光電所的點滴，猶歷歷在目，懸繞在心頭。對於論文能夠如期完成，首先要感謝指導老師蔡永傑教授對我的諄諄教誨，不只在專業領域上給我細心的指導，在研究的過程中給我中肯的建議，讓遇到的難題可以迎刃而解，更讓我瞭解到以謙卑的態度來待人處事。此外，還要感謝論文口試委員林晃巖教授、黃建璋教授，他們的不吝賜教讓我的論文能更加完善。在這裡還要感謝實驗室的同學冠宏、岳鴻，在我研究遇到困難的時後，總是不吝惜和我討論，給我建議，讓問題都能如期解決。也謝謝博士班學長建中，在研究的路上，給

2、予我過來人的經驗指導，還有實驗室的學弟仁傑、孟霖、文傑，有了你們，實驗室不再冷清，讓我能夠在一個歡樂的氣氛下順利完成研究。還有大學同學飛宏、士傑，高中同學嘉君、士然，謝謝你們陪我聊天及打球運動，讓我在繁忙課業之餘，也能擁有強健體魄。當然也要感謝雅筑，妳就像是我的心靈支柱。失意難過的時候，幫助我走出陰霾，突破難關；高興的時候，一同分享快樂的喜悅。有妳的體諒及支持，是我完成研究及論文的最大動力，在此由衷地獻予妳最誠摰的感謝。最後，要感謝我的家人，爸爸、媽媽及弟弟，謝謝你們總是支持我的決定，讓我能隨心所欲去做自己想做的事。謝謝我父母對我的栽培，讓我一直能夠接受良好的教育，並能無後顧之憂地完成我的學業

3、，僅將此論文獻予我最愛的你們。羅元甫 2006 年 6 月 II 摘要 摘要 本論文以模擬的方式嘗試設計出單間隙的半穿透半反射液晶顯示器，所有的設計都以水平配向的液晶層為基礎，以不同於以往文獻的方式來達到在穿透及反射部分的電壓-光穿透率曲線的匹配，改善舊有文獻曲線不甚匹配的缺點，並期望進一步使結構簡單化。論文的架構以研究的時間點和改善的過程來做一區分。一開始我們以雙模態單間隙半穿反顯示器的方向出發，先以 PA-FFS mode TR-LCD 作為研究主題，藉由設計的結構及參數的分析調校來達到電壓-光穿透率曲線的匹配；然後我們更進一步去嘗試改良 PA-FFS mode TR-LCD 的結構，使設

4、計的結構在製程上的可行性提高。而我們也試著在穿透及反射液晶層上使用同一模態的液晶設計，稱為Dual-PA mode TR-LCD，此設計在結構上更加簡化，而且也有不錯的電壓-光穿透率曲線匹配。大致上來說，我們已經以不同於以往的方式設計出單間隙半穿反液晶顯示器。在模擬上，也達到不錯的電壓-光穿透率曲線表現。III Abstract In this thesis,we propose and demonstrate the simulations results obtained for three new designs of single cell gap transflective TFT-

5、LCDs（TR-LCDs）that are based on homogeneously aligned（or Parallel Aligned,PA）liquid crystal（LC）layers.Our simulation results are obtained through the use of a professional and reliable 2D-LCD simulation software“2DimMos”purchased from Germany.Due to the double-path experienced by the reflected light,

6、a single cell gap TR-LCD usually has the problem such that its voltage-dependent transmittance and reflectance curves（V-T&V-R）do not match each other very well,which often leads to very poor optical efficiency.This problem is,in general,overcome by the use of a rather complicated double cell gap des

7、ign.In our studies,we propose and explore the potential possibility of three new designs of single cell gap TR-LCD such that they can achieve much better matched V-T and V-R curves and hence higher optical efficiency.These three designs are named as follows:i）Bottom-mode PA-FFS TR-LCD,ii）Top-mode PA

8、-FFS TR-LCD,iii）Dual PA mode TR-LCD.The simulation results obtained so far demonstrate that these three designs can indeed,in principle,achieve much better matched Electro-Optic curves for both transmitted and reflected lights and hence result in improved optical efficiency.Simpler device structure

9、and fabrication process are possible by further developments and optimizations.IV 目錄 目錄 第一章 導論.1 1.1 研究背景與動機.1 1.2 半穿半反液晶顯示器（Transflective LCD）簡介.3 1.2.1 Double Cell Gap TR-LCD （雙間隙半穿反液晶顯示器）.3 1.2.2 Single Cell Gap TR-LCD （單間隙半穿反液晶顯示器）.7 1.3 雙模態半穿半反液晶顯示器（Two-mode TR-LCD）簡介.9 1.4 模擬軟體 2DIMMOS 簡介.10 1

10、.5 論文架構.14 第二章 PA-FFS mode TR-LCD design（1）-Bottom mode 的模擬 （需要 patterned retarder）.15 2.1 章節概述.15 2.2 穿透部分的理論分析.17 2.3 反射部分的理論分析.19 2.4 PA-FFS mode 的電極配置.22 2.4.1 穿透部分（PA mode）.22 2.4.2 反射部分（FFS mode）.25 2.5 各種參數對設計的影響.27 2.5.1 液晶的Cell Gap.28 2.5.2 液晶的Rubbing Angle.30 2.5.3 液晶的Pretilt Angle.32 2.5.

11、4 穿透部分的電極寬度及間隙寬度.34 2.5.5 反射部分的電極寬度及間隙寬度.37 2.6 補償膜 a plate 的應用.39 2.7 Wide-band quarter wave film 的應用及分析.42 2.8 PA-FFS mode TR-LCD 各層的角度配置及最佳化.44 2.9 章節總結.46 第三章 PA-FFS mode TR-LCD design（2）-Top mode 的模擬（不需要 patterned retarder）.47 3.1 章節概述.47 3.2 穿透及反射部分的作用原理.49 3.3 Top/4 film PA-FFS mode 的電極及液晶 ru

12、bbing 方向配置.53 V3.4 各種參數對設計的影響.59 3.4.1 液晶的 Cell Gap 及 Pretilt Angle.59 3.4.2 液晶的 Rubbing Angle.62 3.4.3 穿透和反射部分的電極寬度及間隙寬度.62 3.4.4/4 film 的放置角度.65 3.4.5 Dielectric Layer 的影響.65 3.5 Top/4 film PA-FFS mode TR-LCD 各層的角度配置及最佳化.68 3.6 章節總結.70 第四章 Dual PA mode TR-LCD design 的模擬.71 4.1 章節概述.71 4.2 穿透及反射部分的

13、作用原理及電極配置.73 4.3 各種參數對設計的影響.73 4.3.1 液晶的 Cell Gap.74 4.3.2 液晶的 Pretilt Angle.76 4.3.3 反射部分的電極寬度及間隙寬度.77 4.3.4 反射部分絕緣體的 dielectric constant 影響.80 4.4 Dual PA mode TR-LCD 各層的角度配置及參數最佳化.81 4.5 章節總結.83 第五章 結論.84 參考文獻.86 VI 圖目錄 圖目錄 圖 1.1 穿透式液晶顯示器（TN）.2 圖 1.2 反射式液晶顯示器（MTN）.2 圖 1.3 Double cell gap TR-LCD 基

14、本結構示意圖.4 圖 1.4 Double cell gap TR-LCD panel 的實際結構圖1.5 圖 1.5 兩種改良式 color filter 適用於半穿反液晶顯示器5.5 圖 1.6 單間隙半穿反液晶顯示器結構.8 圖 1.7 HAN-PA Two-mode TR-LCD 結構示意圖4.11 圖 1.8 HAN-PA Two-mode TR-LCD 的 E-O Curves 4.11 圖 1.9 4x4 Jones Matrix，有考慮 multiple reflection.13 圖 1.10 2x2 Jones Matrix：忽略 multiple reflection 的

15、影響.13 圖 2.1 PA-FFS TR-LCD 基本結構.16 圖 2.2 穿透部分的作用原理，Normally Black mode（一般性暗態）.18 圖 2.3 光行進的 x、y 座標和 retardation film 的 s（ne）、f（no）軸關係圖.18 圖 2.4 反射部分的作用原理，FFS mode（NB）23.21 圖 2.5 IPS 和 FFS mode 的比較圖 26.21 圖 2.6 PA 和 FFS mode 在未經過調整前的 E-O Curves.23 圖 2.7 傳統 PA mode 的電極設計及作用.23 圖 2.8 Divided-electrode P

16、A mode 的電極設計及作用.24 圖 2.9 Divided-electrode PA mode 電極配置的側視及上視圖.24 圖 2.10 PA mode 切割電極與否，對 E-O curves 的影響.26 圖 2.11 Divided-electrode PA mode 左右側視角示意圖.26 圖 2.12 FFS mode 電極排列的上視及側視圖28.27 圖 2.13 不同的 n 及相對的 cell gap d 的 V-R 關係曲線.29 圖 2.14 相同的 n=0.087，不同 cell gap 的 V-T 關係曲線.29 圖 2.15 LC rubbing angle，及電場作用旋轉角上視關係圖.31 圖 2.16 Rubbing angle 大小和其相對 V-R curves 關係圖.