수직배향 모드를 이용한 반투과형 LCD 설계

도희욱 부산대학교 대학원 2003 국내석사

In this thesis, we designed a transflective LCD using VA (Vertically Aligned) mode, which can make high optical performance. In order to realize a transflective mode, we used a TVA (Twisted VA)mode and a PVA (Patterned VA)mode. First, in order to find optimized values for the design of the TVA cell, the Parameter Space Diagram (PSD)method was used. In order to obtain high transmittance, we used low twist angle and adjusted the chiral pitch. And then, we used a front scattering film and a negative C-plate to improve the viewing angle characteristics. As the result, we obtained a high contrast ratio and good electro-optical characteristics. Second, we optimized the pattern size of the electrodes in PVA mode to realize the transflective LCD. Unlike the conventional transflective LCD using a complex structure such of the multi cell gap structure or multi driving circuit, the proposed transflective LCD of the PVA type has the advantages that cell structure is simple and viewing angle characteristics are good because of its distorted electric field. In addition, we proposed another PVA type transflective LCD, which has more simple manufacturing process.

Advanced Super-IPS 모드를 이용한 단일 셀 갭 형 반투과형 LCD 전극 구조 제안

류수연 인하대학교 대학원 2010 국내석사

본 연구에서는 AS-IPS(Advanced Super-In Plane Switching) LCD 전극 구조를 이용한 단일 셀 갭 형 반투과형 LCD(Single cell gap transflective LCD) 전극 구조를 제안하고 3차원 시뮬레이션을 통하여 투과 및 반사 특성을 해석하였다. 하나의 구동 회로로 반사부와 투과부를 구현하기 위해, AS-IPS 전극의 구부러진 전극 구조를 이용하여 반사부와 투과부 액정의 회전 방향을 다르게 하였다. 또한 대칭적인 AS-IPS 전극 구조가 아닌 비대칭 적인 AS-IPS 전극 구조로, 반사부와 투과부에서의 액정 회전 방향뿐만 아니라 액정 회전 정도를 다르게 하였다. 반사부에 reflector인 mirror와 mirror 상단에 quarter-wave plate를 설계하고, 투과부에 half-wave plate를 위치시킴으로써, 투과부와 반사부의 최종 위상 지연을 동일하게 하였다. 반사부와 투과부의 액정 및 광학 필름의 초기 조건은 Stokes parameter와 Mueller matrix를 이용하여 계산하였으며, 이 조건들을 바탕으로 3차원 시뮬레이션에 의한 액정 셀의 투과 및 반사율을 계산하였다. 광 특성 해석을 위하여 확장된 존스 방법을 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 3차원적 시뮬레이션 수행은 상용 시뮬레이터인 TechWiz LCD를 사용하였다. 시뮬레이션 결과, 반사부와 투과부에 동일한 전압 9V를 인가 해 주었을 때 투과부의 각도는 58°, 반사부의 각도는 38°에서 각각 최대 투과율이 나옴을 확인 할 수 있었다.

Super-IPS 모드를 이용한 멀티 셀 갭 형 반투과형 LCD에 관한 연구

양선연 인하대학교 일반대학원 2008 국내석사

본 연구에서는 반투과형 LCD에서 반사부와 투과부의 투과 및 반사 특성을 향상시키면서 이를 균일하게 하기 위해 멀티 셀 갭 반투과형 LCD의 구조를 제안하고, 투과 및 반사 특성을 확인하기 위하여 3차원 시뮬레이션을 수행한다. 3차원적 시뮬레이션에서 사용된 모드는 Super-In Plane Switching (S-IPS)모드이며, 반사부와 투과부의 위상지연을 다르게 하기 위하여, 투과부의 셀 갭이 반사부의 두 배가 되도록 설계한다. 반사부의 상부에는 in-cell retarder를 위치시키고, 투과부의 액정 셀 아래에 half-wave plate를 위치시킴으로써, 투과부와 반사부의 최종 위상 지연을 같게 한다. 반사부와 투과부의 액정 및 광학 필름의 초기 조건은 Mueller matrix를 이용하여 계산하며, 이 조건들을 바탕으로 3차원 시뮬레이션에 의한 액정 셀의 투과 및 반사율을 계산한다. 시뮬레이션을 통하여, 본 논문에서 제안한 구조의 인가전압에 따른 투과율 변화와 셀 갭에 따른 투과율의 변화를 확인하였다. 결과로부터, 제안된 반투과형 LCD구조상에서 투과부와 반사부의 빛이 균일하게 나오도록 설계하기 위해서는 화소전극에 7V를 인가하고 셀 갭을 3.6μm에서 4μm사이로 설계해야 한다. In the transflective liquid crystal(LC) displays, a multi-cell gap structure is proposed to enhance the optical properties of the LC panel. Specifically, transmittance and reflectance properties of this structure are simulated numerically with three dimensional computation program using super-IPS mode. In the multi-cell gap structure, the cell gap of transmissive part is twice as that of reflective part to make a different phase retardation of each part. The in-cell retarder is placed on the upper side of the reflective part. On the other part, transmissive part, half-wave plate is used at the bottom of the LC cells to make the final phase retardation of both parts same. To verify the validity of the simulation results, the initial conditions of LC molecular energy and optical films are calculated with the Mueller matrix method. Based on that, the initial conditions, transmittance and reflectance are computed. From the results of the three dimensional simulation, these optical properties of the multi-cell gap structure vary which shows the same transmittance from both of transmissive and reflective part is found at 7 volt for applied voltage when the cell gap is thicker than 3.6 μm and thinner than 4 μm.

TN셀의 수평스위칭을 이용한 단일셀갭 반투과형 LCD설계

박대림 부산대학교 대학원 2008 국내석사

LCDs(liquid crystal displays)가 개발된 이래 설계기술 및 공정기술의 발전으로 급속히 CRT(cathode ray tube)분야를 대체해 나가고 있으며 TFT-LCD(thin film transistor - LCD)의 특징인 경량, 박형, 저 소비전력, 공간절약 등의 장점으로 인해 NBPC, Monitor, TV, Application등 생활주변의 많은 Display로 확대 되어지고 있다. 특히, Application분야에서는 21세기 정보화 사회로 접어들면서 Mobile Phone, Webpad, e-Book, 사이버 쇼핑, 온라인 증권 등의 e-Business와 음성, 문자, 동영상을 전달하는 휴대용 단말기, 교통정보를 한눈에 보는 Car Navigation, 항공기 Cockpit, 산업용 및 의료기기분야, ATM(automatic teller machine), 지문인식 시스템 등 생활주변의 다양한 곳에서 TFT-LCD를 찾아볼 수 있게 되었다. [1] 이중 이동통신기술이 멀리 있는 사람과의 안부를 전달하는 매개체로 사용되었던 1세대에서 인터넷이 보급되면서 언제 어디서나 각종 정보를 조회할 수 있게 된 2세대 그리고, 온라인 커뮤니티와 UCC(user created contents)활동을 통해 사용자가 직접 정보의 주체가 되고 듣는 통화에서 보여주는 통화로 바뀌는 3세대로 진화하고 Mobile Phone을 포함한 PDA(personal digital assistant), PMP(portable media player), PND(personal navigation device)등의 휴대용 단말기가 Multimedia기능과 DMB(digital multimedia broadcasting), Digital Camera등의 Digital Convergence화함에 따라 휴대 단말기용 TFT-LCD는 휴대용 기기에 적합한 경량 박형 및 저 소비전력특성 뿐만 아니라 문자를 포함한 고품질의 그래픽과 동영상을 구현하기위해 고정세(high resolution), 광시야각(wide viewing angle), 고색재현율(high color saturation), 고속응답(fast response) 등의 기존의 Monitor&TV분야에서 강조되어 지던 기술이 요구되어 지고 있다. 이러한 휴대 단말기용 TFT-LCD는 실내 및 실외 환경에서 높은 성능을 발휘하여야 한다. 외부의 빛을 광원으로 사용하는 반사형 LCD는 실외 및 주위가 밝은 환경에서 양호한 성능을 발휘하며 배면광원(Back light)이 필요 없기 때문에 소비전력이 매우 낮은 장점이 있다. 또한 경량 박형으로 제작이 가능하여 휴대용 통신기기에 많이 적용되어 왔지만 실내 및 주위가 어두운 환경에서는 그 성능을 발휘하지 못하는 단점이 있다. 반면에 배면광원의 빛을 이용하여 정보를 표시하는 투과형 LCD는 실내 및 주위가 어두운 환경에서 매우 양호한 성능을 발휘하지만 배면광원의 세기가 태양광의 세기보다 훨씬 약하기 때문에 실외 및 주위가 밝은 환경에서는 그 성능을 발휘하지 못한다. 또한 배면광원의 사용에 따라 전력소비가 많아지는 단점이 있다. 이러한 투과형 LCD와 반사형 LCD의 단점들을 동시에 해결하기 위해 실내 및 실외에서도 고화질의 광학 특성을 갖도록 하기위해 반투과형 LCD가 제안이 되고 있다. [2-8] 기존에는 반투과 LCD구현을 위해 셀구조상 한 화소 내에서 투과부와 반사부의 셀갭을 달리하는 이중 셀갭(dual cell gap) 구조와 액정모드로는 ECB(electric control birefringece) 모드를 조합한 설계기술이 개발 및 양산 되었으나, 이 이중 셀갭 구조는 TFT-LCD 공정상 공정수를 증가시키고 Cost를 상승 및 수율을 저하시키는 단점이 있으며, ECB 모드는 광시야각 구현이 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 기존 반투과 LCD의 이중 셀갭 구조와 협시야각의 단점을 극복하기위해 LTN(low twisted nematic)액정모드를 이용한 수평스위칭을 통해 단일 셀갭(single cell gap)을 가지면서 동시에 광시야각 특성 구현이 가능한 반투과형 LCD를 제안하였다. For mobile applications, transflective LCD has a number of advantages over transmissive LCD, such as lower power consumption of backlight, good readability in both indoor and outdoor. In addition, recent mobile displays require wide viewing angle characteristics. However, it is very hard to obtain good performance in reflective part and transmissive part simultaneously. To achieve optically independent structure, complicated structure is required such as dual cell-gap structure or special structure with the in-cell retardation layer. Especially, regarding to transflective in-plane switching (IPS) for wide viewing angle, in-cell retarder is indispensable. However, it has a several problems to be overcome. In general, the basic requirement in designing a transflective LCD is to divide each pixel into reflective and transmissive parts. Cell gap of reflective part is different from that of transmissive part so that it requires very complex manufacturing process compared with conventional transmissive display such as TN LCD. It causes cost rise and productivity deterioration. In this paper we propose in-plane switching of a low twist liquid crystal cell for single cell-gap transflective LCD. We achieved single cell-gap in transflective display without any in-cell patterned retarder by using a TN LC layer and obtained single gamma by optimizing electrodes.

원형 편광판을 이용한 반투과형 수직정렬 액정 셀의 시야각 향상을 위한 광학보상 연구

최저민 東亞大學校 大學院 2010 국내석사

TVA 모드를 이용한 반투과형 LCD의 설계

백봉진 부산대학교 2003 국내석사

반투과형 액정 디스플레이 소자의 설계

김기한 부산대학교 2013 국내박사

Liquid crystal displays (LCDs) can be divided into three types, transmissive, reflective, and transflective. Transmissive LCDs have been widely used in devices such as tablet PCs, laptop monitors, and TVs. However, transmissive LCDs are not readable under strong ambient light when used outdoors. High power consumption is inevitable in transmissive LCDs because a backlight unit must be turned on at all times. On the other hand, since reflective LCDs use ambient light instead of a backlight unit, they have the advantages of low power consumption, light weight, small thickness, and good outdoor visibility. However, it is difficult to show clear pictures in a dark environment. With the recent increase in demand for mobile devices such as cellular phones, MP3 players, and digital multimedia broadcasting applications, transflective LCDs have received much attention because of their high performance in outdoor as well as indoor environments. Transflective LCDs can display images in both the transmissive and reflective modes. When it is dark, the backlight is turned on for operation in the transmissive mode. Under strong ambient light, the backlight is turned off for operation in the reflective mode to save power. Under weak ambient light, both the reflective and transmissive functions can be operated simultaneously in transflective LCDs. The optical design of transflective LCDs is very complicated because the same image should be displayed irrespective of the environment. Moreover, the division of each pixel into transmissive and reflective parts is required for transflective LCDs. However, the division of each pixel into transmissive and reflective parts is required for transflective LCDs. Only a part of each pixel area can be used in the transmissive or reflective mode, which may result in reduced brightness and resolution. Hence, there has been a strong need for technologies to switch between the reflective and transmissive modes instead of dividing each pixel into its transmissive and reflective parts. To use the whole pixel area in each mode, LC devices that use a reflective polarizer have been proposed. However, they can suffer from the parallax problem in the reflective mode, which results in a deteriorated shadow image phenomenon in the oblique view caused by the glass substrate between the LC layer and the reflector. In this paper, we first present a method that creates a single cell-gap transflective LC device through the control of the pretilt angle of the LC by employing vertical alignment polyimide mixed with with a liquid crystalline reactive monomer that is able to vertically align the LC or homogeneous alignment polyimide mixed with with a liquid crystalline reactive monomer that is able to homogenesously align the LC. We obtain two different pretilt angles in each pixel through the region by region control of the UV exposure time. The smaller pretilt angle is used to obtain a half-wave phase retardation for the transmissive part, whereas the larger pretilt angle is used to obtain a quarter-wave phase retardation for the reflective part. And then, to solve the problem of the trasflective LCDs, we propose an optical configuration for a nematic LC device that is switchable between the reflective and the transmissive modes by using a reflective polarizer and two LC layers, by which we obtain higher reflectance and reduce the parallax effect in the reflective mode. We also propose a switchable achromatic reflector using a long-pitch cholesteric LC (ChLC) whose Bragg reflection wavelength is chosen to be infrared by controlling the pitch of the ChLC so that the planar texture is transparent over the entire visible wavelength. By using the light scattering of the focal conic texture, achromatic reflection can be achieved. Both textures are stable at zero electric field and the operating voltage of the proposed ChLC device is much lower than that of conventional ChLC devices. The proposed switchable reflector, which can be operated at a low voltage with low power, can be applied to reflective displays and to light shutters. By coupling with a reflective polarizer the efficiency of light scattering at the focal conic texture can be enhanced. Moreover, the proposed long-pitch ChLC device is capable of operation in both the dynamic mode and the memory mode. Fast switching between the homeotropic state and the focal conic state allows the display of moving pictures at a low operating voltage. In addition, we can write text messages on the proposed ChLC device by applying an external pressure locally to switch it from the focal conic state to the planar state. Finally, we propose LC devices capable of switching between reflective and transmissive modes using the scattering and transparent states of long-pitch ChLC. Two different device configurations can be realized by changing the location of a ChLC layer. Low-power operation without the parallax problem can be achieved using the bistable switching of ChLCs. We believe that the proposed devices are potential candidates for highly efficient transflective displays.

Multi-Functional Optical Elements by Imprinting Technique for Mobile Display Applications

임용운 서울대학교 대학원 2009 국내박사

Physical mechanism for photo alignment of liquid crystals and display applications

김진율 서울대학교 대학원 2006 국내박사