Full-HD LCOS Panel의 Cell Gap의 변화에 따른 전기광학적 특성에 대한 연구 A Study of Electro-optical Characteristics of Full-HD LCOS Panel Depending on Various Cell Gaps원문보기
VA Mode LC를 사용하는 Full-HD급 LCOS 마이크로디스플레이에서 셀 상하 간격의 변화에 따른 전기광학적 특성의 변화에 관하여 3차원 LC code를 이용하여 연구하였다. 5가지의 다른 셀 상하 간격 (1.4 ${\mu}m$, 1.8 ${\mu}m$, 2.1 ${\mu}m$, 2.4 ${\mu}m$ 그리고 2.8 ${\mu}m$)의 변화에 따라 Reflectance-Voltage 특성, 반사광 및 반사율 분포, Optical Fill Factor 그리고 명암비를 비교하였다. Surface Anchoring 효과에 의해 상하 간격이 증가하면서 반사율은 증가하였으나 Optical Fill Factor와 명암비를 고려할 경우, 중간 수준의 간격인 2.1 ${\mu}m$ 의 특성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 동일한 구조를 갖고 있는 0.7 인치 LCOS 패널을 제작하여 광학적 측정을 해 본 결과 시뮬레이션 결과와 통일함을 확인할 수 있었다.
VA Mode LC를 사용하는 Full-HD급 LCOS 마이크로디스플레이에서 셀 상하 간격의 변화에 따른 전기광학적 특성의 변화에 관하여 3차원 LC code를 이용하여 연구하였다. 5가지의 다른 셀 상하 간격 (1.4 ${\mu}m$, 1.8 ${\mu}m$, 2.1 ${\mu}m$, 2.4 ${\mu}m$ 그리고 2.8 ${\mu}m$)의 변화에 따라 Reflectance-Voltage 특성, 반사광 및 반사율 분포, Optical Fill Factor 그리고 명암비를 비교하였다. Surface Anchoring 효과에 의해 상하 간격이 증가하면서 반사율은 증가하였으나 Optical Fill Factor와 명암비를 고려할 경우, 중간 수준의 간격인 2.1 ${\mu}m$ 의 특성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 동일한 구조를 갖고 있는 0.7 인치 LCOS 패널을 제작하여 광학적 측정을 해 본 결과 시뮬레이션 결과와 통일함을 확인할 수 있었다.
The electro-optical characteristics of the Liquid Crystal on Silicon (hereinafter "LCOS") micro-display on vertically alignment (VA) mode were studied with 3-dimensional LC code. 5 different cell gaps, such as 1.4 ${\mu}m$, 1.8 ${\mu}m$, 2.1 ${\mu}m$, 2.4 ${\mu}...
The electro-optical characteristics of the Liquid Crystal on Silicon (hereinafter "LCOS") micro-display on vertically alignment (VA) mode were studied with 3-dimensional LC code. 5 different cell gaps, such as 1.4 ${\mu}m$, 1.8 ${\mu}m$, 2.1 ${\mu}m$, 2.4 ${\mu}m$ and 2.8 ${\mu}m$, were selected. The reflectance-voltage (R-V) characteristics, distribution of reflected light, reflectance, optical fill factor and contrast ratio were calculated and investigated depending on various cell gaps. Due to the surface anchoring effect, higher cell gap showed higher reflectance. However, considering the optical fill factor and contrast ratio, middle-height 2.1 ${\mu}m$ showed the best electro-optical characteristic. 0.7 inch Full-HD LCOS panels having same geometry and material property were fabricated. The reflected light intensity and contrast ratio were measured and the measured results were well-matched to the calculated results.
The electro-optical characteristics of the Liquid Crystal on Silicon (hereinafter "LCOS") micro-display on vertically alignment (VA) mode were studied with 3-dimensional LC code. 5 different cell gaps, such as 1.4 ${\mu}m$, 1.8 ${\mu}m$, 2.1 ${\mu}m$, 2.4 ${\mu}m$ and 2.8 ${\mu}m$, were selected. The reflectance-voltage (R-V) characteristics, distribution of reflected light, reflectance, optical fill factor and contrast ratio were calculated and investigated depending on various cell gaps. Due to the surface anchoring effect, higher cell gap showed higher reflectance. However, considering the optical fill factor and contrast ratio, middle-height 2.1 ${\mu}m$ showed the best electro-optical characteristic. 0.7 inch Full-HD LCOS panels having same geometry and material property were fabricated. The reflected light intensity and contrast ratio were measured and the measured results were well-matched to the calculated results.
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문제 정의
본 논문에서는 고해상도 LCOS 패널의 단점인 휘도를 개선하기 위하여 픽셀 내 셀 상하 간격 (Cell Gap) 의 변화에 따른 반사율, 반사광의 분포 및 명암비와 같은 광학적 특성의 변화를 3차원 LC 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 분석된 내용을 기반으로 두 개의 다른 셀 상하 간격을 갖고 있는 LCOS 테스트 패널을 제작한 후 광학적 특성의 측정과 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해서 최적의 셀 상하 간격 조건을 도출하였다.
본 연구에서는 Full-HD 해상도의 LCOS 패널에서 셀 상하 간격 변화에 따른 전기 광학적 특성의 변화에 관하여 3차원 LC 시뮬레이션을 활용하여 조사하였다. 셀 상하 간격은 1.
제안 방법
분석하였다. 분석된 내용을 기반으로 두 개의 다른 셀 상하 간격을 갖고 있는 LCOS 테스트 패널을 제작한 후 광학적 특성의 측정과 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해서 최적의 셀 상하 간격 조건을 도출하였다.
2 에서 보이는 것처럼 ON 픽셀과 OFF 픽 셀이 이웃할 경우, Fringe Field 효과에 의하여 광학적 특성이 저해되는 것을 고려한 2 by 1 픽셀 모델을 사용하였다. 상판의 공통 전극은 + 6 V를 적용하고, 좌측의 OFF 픽 셀의 픽 셀 전극에는 0 V를 적용하고, 우측의 ON 픽셀의 픽셀 전극에는 0 V 에서 + 6 V 까지 데이 터 전압 (Data Voltage) 을 인가하면서 광학적 특성의 변화를 분석하였다.
시뮬레이션에서 얻어진 결과를 기반으로 Fig. 8에 보이는 바와 같이 0.7 인치 Full-HD 해상도의 LCOS 패널을 제작하여서 광학적 특성을 측정하였다. 제작된 패널은 시뮬레이션에서 사용된 구조와 동일한 구조로 제작되었으며, LC 역시 동일한 MLC-6609를 채택하였다.
대상 데이터
Fig. 1은 Ftdl-HD (1920x1080) 급 0.7 인치 LCOS 패널을 3차원 LC 시뮬레이션 (TechWiz LCD®) 으로 구현한 구조이다"a 상판은 유리 기판, ito (Indium 로Tin Oxide) 로 구성된 공통전극 (Common Electrode) 과 배향막 (Alignment Layer)로 구성이 되어 있고, 하판은 실리콘 기판, 중간유전층 (Interlayer), 알루미늄인 픽셀 전극 (Pixel Electrode) 과 그 위를 덮는 SiO2 와 SiNx 유전층 그리고 배향막으로 구성된다. 픽셀 크기는 7.
7 인치 Full-HD 해상도의 LCOS 패널을 제작하여서 광학적 특성을 측정하였다. 제작된 패널은 시뮬레이션에서 사용된 구조와 동일한 구조로 제작되었으며, LC 역시 동일한 MLC-6609를 채택하였다. 셀 상하 간격은 시뮬레이션 결과와 LQ의 응답속도를 고려하여서 1.
이론/모형
모든 시뮬레이션은 Fig. 2 에서 보이는 것처럼 ON 픽셀과 OFF 픽 셀이 이웃할 경우, Fringe Field 효과에 의하여 광학적 특성이 저해되는 것을 고려한 2 by 1 픽셀 모델을 사용하였다. 상판의 공통 전극은 + 6 V를 적용하고, 좌측의 OFF 픽 셀의 픽 셀 전극에는 0 V를 적용하고, 우측의 ON 픽셀의 픽셀 전극에는 0 V 에서 + 6 V 까지 데이 터 전압 (Data Voltage) 을 인가하면서 광학적 특성의 변화를 분석하였다.
성능/효과
1 例인 경우, 전체 셀 내에서 반사 면적, 반사율-전압 곡선 및 명암비를 고려할 때 주어진 조건 내에서 가장 적정한 셀상하 간격임을 알 수 있었다. 0.7 인치 Full-HD LCOS 패널을 제작하여 실험한 결과, 반사율과 명암비 측면에서 시뮬레이션 결과와 매우 유사한 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
셀 상하 간격이 감소하는 경우 셀 표면의 Surface Anchoring 이 증가하면서 동일한 전압에서 LC 의 Twist 가 충분이 일어나지 않기에 낮은 반사율이 나타나게 된다. 셀 상하 간격이 2.4/zm와 2.8侧인 경우, 셀 중앙에서 최고의 반사율을 나타내지만 ON 된 픽셀의 DC 가 Over-twist 됨에 따라서 이웃한 OFF 픽셀에서 빛이 새는 현상이 발생함을 알 수 있었다. 시뮬레이션 결과에서 셀 상하 간격 2.
4에서는 위에서 언급한 셀 상하 간격 별로 OFF 픽셀에는 0 V, ON 픽셀에는 + 5 V를 인가할 경우 픽셀에서 반사되어 나오는 550 nm 가시광의 분포를 보여주고 있다. 셀 상하 간격이 감소할수록 픽셀내의 반사율 감소에 따라서 반사되어 나오는 광량이 감소하고, 셀 상하 간격이 커질수록 반사율 증가에 따라서 반사되어 나오는 광량이 증가함을 알 수 있다. 셀 상하 간격이 2.
8侧인 경우, 셀 중앙에서 최고의 반사율을 나타내지만 ON 된 픽셀의 DC 가 Over-twist 됨에 따라서 이웃한 OFF 픽셀에서 빛이 새는 현상이 발생함을 알 수 있었다. 시뮬레이션 결과에서 셀 상하 간격 2.1 例인 경우, 전체 셀 내에서 반사 면적, 반사율-전압 곡선 및 명암비를 고려할 때 주어진 조건 내에서 가장 적정한 셀상하 간격임을 알 수 있었다. 0.
시뮬레이션 결과와 실험 결과 비교 분석한 결과 유사한 경향을 보여 시뮬레이션의 신뢰도를 확인할 수 있었으며, 셀 상하 간격을 2.1 侧 로 선택할 경우 가장 좋은 광학적 특성을 나타내었다.
시뮬레이션에서 얻어진 결과를 종합하면 2.1 例가 반사율 Optical Fill Factor와 명암비를 고려하였을 때 주어진 조건에서 가장 적정한 셀 상하 간격임을 알 수 있다.
0 으로환산하여서 도식하였다. 측정된 결과의 경향과 시뮬레이션을 통해 계산된 결과의 경향이 매우 유사함을 알 수 있으며, 2.1 ㈣ 에서 패널의 반사율과 패널에서 반사된 광량이 1.8 伽보다 증가함을 알 수 있다.
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김강우, 김종환, 황정연, 남기형, 서대식, 'Flexible 액정디스플레이의 셀갭 변화에 따른 응답 특성,' 한국전기전자재료학회 2003년도 추계학술대회 논문집, pp. 477-480, 2003
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