蔡永傑臺灣大學：光電工程學研究所陳冠宏Chen, Kuan-HungKuan-HungChen2007-11-252018-07-052007-11-252018-07-052006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50644本研究探討單間隙半穿透半反射液晶顯示器利用邊緣電場效應（Fringe-Field）改善穿透式液晶顯示器與反射式液晶顯示器不良的光電特性。以邊緣電場效應（Fringe-Field）為電場分佈基礎，產生FFS液晶模態，使此研究液晶顯示器具備基本的廣視角以及傑出光效率，再進一步研究與改善間隙半穿透半反射液晶顯示器的結構，使電場分佈改變，以求有所改善不一致的E－O曲線特性；本研究有四種改善方式︰ 1) 改變液晶參數方法克服不一致E-O curve、 2) Top-Bottom TFT electrode LCD（I）、 3) Top-Bottom TFT electrode LCD（II）、 4) Patterned Common electrode LCD design。 由上述四種改善方式進行研究分析當液晶層厚度、電極結構以及使用液晶參數特性改變，對於單間隙液晶顯示器光電特性的影響，觀察影響分佈，既而提供適當改良參考方向。This thesis studies the methods, which make transflective LCDs electro-optical characters match equally. This thesis uses four topics to deal with the different electro-optical curve. The following is the topics：（1）The method of changing liquid crystal parameters、（2）Top-Bottom TFT electrode LCD（I）、（3）Top-Bottom TFT electrode LCD（II）、and （4）Patterned Common(P.C.) electrode TR LCD design. Those studies base on FFS mode（Fringe-Field Switching） which has high light efficiency、fast response time、and wide viewing angle property. To go a step further, the four topics match transmissive LCDs and reflective LCDs E-O curve. In （1）The method of changing liquid crystal parameters, different pretilt angle is the major method for matching threshold voltage（Vth）which could get more matched E-O curve of T & R part. In （2）Top-Bottom TFT electrode LCD（I）、（3）Top-Bottom TFT electrode LCD（II） and （4）Patterned Common(P.C.) electrode TR LCD design, the three topics take new structure design to get the same transflective LCDs E-O curve. This study is helpful for improving electro-optical characters of transflective LCDs and may be useful to the applications of small size flat-planel display.摘要………….1 Abstract……………2 目錄…………3 表目錄………5 圖目錄………6 第一章 緒論………9 1.1 研究背景 9 1.2 穿透式液晶顯示器簡介 9 1.3 反射式液晶顯示器簡介 9 1.4 Transflective LCD(double cell gap)簡介 10 1.5 Transflective LCD(single cell gap)簡介 11 1.6 Double cell gap 與 最新Single cell gap研究之比較 12 1.7 研究動機和方法 13 1.8 FFS 液晶模態簡介 14 1.9 模擬名詞與定義 15 第二章 改變液晶參數方法克服不一致E-O curve 17 2.1 改變液晶參數方法簡介 17 2.2 玻璃基板上摩擦方位角（rubbing angle）效應 17 2.3 液晶傾斜角度（pretilt angle）原理與效應 23 2.4 微調數據與取得最佳化 26 2.5 章節總結 28 第三章 Top-Bottom（T.B.） TFT electrode LCD（I） 29 3.1 T.B. TFT LCD（I）結構與原理 29 3.2 High pretilt angle mode 32 3.2.1. 光行進極化狀態 32 3.2.2. 模擬範例與結果 36 3.3 Low pretilt angle mode 38 3.3.1. 光行進極化狀態 38 3.3.2. 玻璃基板上 rubbing angle 效應 42 3.3.2.1 Different rubbing angle 效應 44 3.3.2.2 The same rubbing angle 效應 48 3.3.3. 電極錯位配向（pixel shift） 53 3.4 章節總結 60 第四章 Top-Bottom TFT electrode LCD（II） 61 4.1 研究動機 61 4.2 T.B. TFT LCD（II）結構與原理 61 4.2.1 VA－FFS mode 61 4.2.2 光行進極化狀態 62 4.3 模擬範例與結果 66 4.4 章節總結 70 第五章 Patterned Common（P.C.） electrode Transflective LCD design 71 5.1 P.C. TRLCD 結構與原理 71 5.2 微調數據與取得最佳化 76 5.3 章節總結 80 第六章 結論 81 Reference 83 表目錄 頁次 表1.4.1 Transmissive part與 Reflective part 之retardation比較關係圖 10 表1.6.1 Double cell gap 與 最新Single cell gap研究的優缺點 12 表1.8.1 FFS LC mode與IPS LC mode電極尺寸比較表 15 表1.9.1 模擬名詞與定義表 15 表2.2.1 第二章液晶層厚度2-Dim MOS模擬參數值 18 表2.2.2 第二章液晶不相同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 21 表2.3.1 第二章液晶傾斜角2-Dim MOS模擬參數值 25 表2.4.1 第二章改變電極2-Dim MOS模擬參數值 27 表2.4.2 第二章2-Dim MOS模擬最佳化參數值 28 表3.1.1 第三章穿透式與反射式液晶之retardation比較關係表 32 表3.2.1 第三章液晶高傾斜角2-Dim MOS模擬參數值 36 表3.3.1 第三章液晶低傾斜角2-Dim MOS模擬參數值 43 表3.3.2 第三章液晶不相同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 45 表3.3.3 第三章改變電極2-Dim MOS模擬參數值 47 表3.3.4 第三章2-Dim MOS模擬最佳化參數值 47 表3.3.5 第三章液晶相同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 49 表3.3.6 第三章微調液晶相同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 52 表3.3.7 第三章電極錯位2-Dim MOS模擬參數值 54 表 4.2.1第四章穿透式與反射式液晶之retardation比較關係表 62 表4.3.1 第四章液晶相同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 66 表4.3.2 第四章液晶不同摩擦方位角2-Dim MOS模擬參數值 68 表5.2.1 第五章介電層厚度2-Dim MOS模擬參數 76 表5.2.1 第五章2-Dim MOS模擬最佳化參數值 79 圖目錄 頁次 圖1.4.1 Transflective LCD(double cell gap) 結構圖 11 圖1.6.1 最新Single cell gap Transflective TFT－LCD研究E-O curve分布圖 13 圖1.8.1 Fringe－Field Switching（FFS）液晶模態結構 14 圖1.9.1 液晶摩擦方位角與傾斜角定義圖 16 圖2.2.1 第二章2-Dim MOS模擬穿透式液晶結構圖 18 圖2.2.2 第二章2-Dim MOS模擬反射式液晶結構圖 19 圖2.2.3 第二章Transflective LCD 結構圖 19 圖2.2.4 第二章穿透式液晶驅動電壓－穿透量關係圖 20 圖2.2.5 第二章反射式液晶驅動電壓－反射量關係圖 20 圖2.2.6 改變液晶層Transflective LCD E-O curve 20 圖2.2.7 改變液晶摩擦方位角Transmissive LCD T-V curve 22 圖2.2.8 改變液晶摩擦方位角Reflective LCD R-V curve 22 圖2.2.9 改變液晶摩擦方位角Transflective LCD E-O curve 22 圖2.3.1 high pretilt angle液晶分子受驅動電壓影響圖 23 圖2.3.2 改變液晶傾斜角Reflective LCD R-V curve 25 圖2.3.3 改變液晶傾斜角Transmissive LCD T-V curve 25 圖2.3.4 改變液晶傾斜角Transflective LCD E-O curve 26 圖2.4.1 最佳化Transflective LCD E-O curve 28 圖3.1.1 驅動電壓液晶旋轉角度模擬 29 圖3.1.2 T.B. TFT LCD (1)結構【A】high pretilt angle【B】low pretilt angle 31 圖3.1.3 驅動電壓穿透式液晶旋轉角度模擬 31 圖3.1.4 驅動電壓穿透式液晶旋轉角度模擬放大圖 32 圖3.2.1 液晶高傾斜角暗態（dark state）光行進極化狀態圖(穿透式) 33 圖3.2.2 液晶高傾斜角亮態（bright state）光行進極化狀態圖(穿透式) 34 圖3.2.3 液晶高傾斜角暗態（dark state）光行進極化狀態圖(反射式) 35 圖3.2.5 T.B. TFT LCD（I）high pretilt angle mode T-V curve 37 圖3.2.6 T.B. TFT LCD（I）high pretilt angle mode R-V curve 37 圖3.2.7 T.B. TFT LCD（I）high pretilt angle mode E-O curve 37 圖3.3.1 液晶低傾斜角暗態（dark state）光行進極化狀態圖(穿透式) 39 圖3.3.2 液晶低傾斜角亮態（bright state）光行進極化狀態圖(穿透式) 40 圖3.3.3 液晶低傾斜角暗態（dark state）光行進極化狀態圖(反射式) 41 圖3.3.4 液晶低傾斜亮態（bright state）光行進極化狀態圖(反射式) 42 圖3.3.5 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode T-V curve（不同摩擦角） 43 圖3.3.6 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode R-V curve（不同摩擦角） 44 圖3.3.7 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode E-O curve（不同摩擦角） 44 圖3.3.8 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode R-V curve（不同摩擦角） 45 圖3.3.9 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode T-V curve（不同摩擦角） 46 圖3.3.10 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode E-O curve（不同摩擦角） 46 圖3.3.11 最佳化Transflective TFT-LCD E-O curve（不同摩擦角） 48 圖3.3.12 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode T-V curve（相同摩擦角） 49 圖3.3.13 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode R-V curve（相同摩擦角） 50 圖3.3.14 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode E-O curve（相同摩擦角） 50 圖3.3.15 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode E-O curve（0.2v） 51 圖3.3.16 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode T-V curve（微調摩擦角） 52 圖3.3.17 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode R-V curve（微調摩擦角） 53 圖3.3.18 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode E-O curve（微調摩擦角） 53 圖3.3.19 穿透式液晶穿透量隨電極錯位程度關係圖 55 圖3.3.20 T.B. TFT LCD（I）low pretilt angle mode R-V curve（pixel 3μm） 55 圖3.3.21 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 0μm 56 圖3.3.22 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 0.6μm 56 圖3.3.23 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 1.2μm 57 圖3.3.24 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 1.8μm 57 圖3.3.25 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 2.4μm 58 圖3.3.26 T.B. TFT LCD（I）pixel electrode shift 3.0μm 59 圖4.2.1 T.B. TFT LCD（II）結構 62 圖4.2.2 暗態（dark state）光行進極化狀態圖（穿透式） 63 圖4.2.3亮態（bright state）光行進極化狀態圖（穿透式） 64 圖4.2.4 暗態（dark state）光行進極化狀態圖(反射式) 65 圖4.2.5 亮態（bright state）光行進極化狀態圖（反射式） 66 圖4.3.1 T.B. TFT LCD（II） T-V curve 67 圖4.3.2 T.B. TFT LCD（II） R-V curve 68 圖4.3.3 T.B. TFT LCD（II）Transflective TFT-LCD E-O curve（摩擦角20°） 69 圖4.3.4 T.B. TFT LCD（II）Transflective TFT-LCD E-O curve 70 圖5.1.1 未驅動電壓的液晶分子傾斜與旋轉狀態 72 圖5.1.2 驅動電壓的液晶分子傾斜與旋轉狀態 73 圖5.1.3 Patterned Common electrode Transflective LCD結構 74 圖5.1.4 第五章2-Dim MOS模擬穿透式液晶結構圖 75 圖5.1.5 第五章2-Dim MOS模擬反射式液晶結構圖 75 圖5.2.1 穿透式液晶驅動電壓－穿透量關係圖 77 圖5.2.2 反射式液晶驅動電壓－反射量關係圖 77 圖5.2.3 Transflective TFT-LCD E-O curve 78 圖5.2.4 P.C. TR LCD最佳化Transflective TFT-LCD E-O curve 792020806 bytesapplication/pdfen-US半穿透反射邊緣電場液晶顯示器single gaptransflectiveFFSthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50644/1/ntu-95-R93941042-1.pdf