Single Cell Gap Transflective TFT-LCDs Design based on PVA and OCB Modes

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，所有的設計都以在同一鉛直平面上驅動液晶分子為基礎，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-光穿透率曲線的搭配，設計出新式的半穿透半反射式液晶顯示器，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作區分。一開始我們繼承上一屆學長的題目，以PVA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-光穿透率曲線的搭配；接著我們進入下一個主題OCB，我們從模擬結果中證實OCB許多優秀的特性，並藉由新的模擬軟體DIMOS，讓我們了解了分子驅動時的各個現象，最後將調整各項參數，使OCB成功的使用於半穿透半反射式液晶顯示器當中。 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透半反射液晶顯示器。在模擬上，也達到不錯的電壓-光穿透率曲線表現。In this thesis, we propose and demonstrate the simulation results obtained for two new designs of single cell gap transflective TFT-LCDs (TR-LCDs) that are based on driving liquid crystal molecular on the same vertical plane. Our simulation results are obtained through the use of professional and reliable LCD simulation software “2DIMMOS” and “DIMOS” purchased from Germany. Due to the double-path experienced by reflected light, a single cell gap TR-LCD usually has the problem such that its voltage dependent transmittance and reflectance curves (V-T & R-T) 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 design. In our studies, we propose and explore the potential possibility of two 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 two designs are named as follows: i) PVA mode TR-LCD, ii) OCB mode TR-LCD. The simulation result obtained so far demonstrates that these 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. Simple device structure and fabrication process are possible by further development and optimizations.口試委員會審定書 i 誌謝 ii 摘要 iii Abstract iv 第一章 導論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 半穿透半反射式液晶顯示器結構分析 4 1.2.1 雙間隙半穿透半反射式液晶顯示器 4 1.2.2 單間隙半穿透半反射式液晶顯示器 6 1.3 研究方法 8 1.3.1 模擬軟體2DIMMOS簡介 8 1.3.2 模擬軟體DIMOS簡介 10 1.4 模擬名詞與定義 11 1.5 論文架構 14 第二章 PVA mode TR-LCD design 15 2.1 PVA背景介紹 15 2.2 穿透式及反射式設計結構理論分析 16 2.3 PVA mode的電極設計 18 2.4 各項參數對設計的影響 20 2.4.1 各項模擬參數 20 2.4.2 Cell設計寬度造成的誤差影響 21 2.4.3 電壓設計(static voltage and step voltage) 23 2.5 反射式適合使用來搭配的model 24 2.5.1 R-part於WG模型中 25 2.5.2 R-part於Half electrode模型中 26 2.5.3 R-part於XY模型中 27 2.6 穿透式適合使用來搭配的model 30 2.6.1 T-part於WG模型中 30 2.6.2 T-part於Half electrode模型中 33 2.6.3 T-part於XY模型中 34 2.7 實驗模擬matching結果 35 2.8 章節總結 43 第三章 OCB mode TR-LCD design(I) 44 3.1 OCB背景介紹 44 3.2 OCB操作原理 45 3.3 OCB快速反應時間及自我補償廣視角特性 46 3.4 OCB設計結構及流程 48 3.5 簡單OCB特性模擬範例 53 3.6 章節總結 57 第四章 OCB mode TR-LCD design(II) 58 4.1 OCB mode在穿透部分及反射部分的設計原理 58 4.2 OCB液晶分子於模擬中的驅動情形 61 4.2.1 模擬於2DIMMOS 61 4.2.2 模擬於DIMOS 69 4.2.3 2DIMMOS與DIMOS模擬下兩者異同之結論 73 4.3 各項參數對設計的影響 76 4.3.1 各項模擬參數 76 4.3.2 電壓設計 77 4.3.3 Pre-tilt angle改變的影響 78 4.3.4 液晶層厚度改變的影響 82 4.3.5 使用相位延遲片於設計中 83 4.3.6 黏滯係數的影響 85 4.4 實驗模擬matching結果 86 4.5 反應時間及視角模擬 91 4.6 章節總結 95 第五章 結論 96 參考文獻 9