第四章 實驗與結果分析
4.5 FLCOS 元件
在前幾節研究中已將三種液晶模式應用於反射式元件，其中 SSFLC 模式擁有最佳 的反應速率，而市面上 LCOS 元件使用 nematic 液晶材料較為常見，並已有不少的文獻 和研究資料，所以後續的研究將使用 smectic 的液晶材料，並利用反射式 SSFLC 模式，
進一步實做於 LCOS 元件，觀察分析其 LCOS 元件結構是否會影響 SSFLC 排列和驅動 特性。
SSFLC 模式應用於 LCOS 元件同樣使用配向層極性非對稱之原理以達到無缺線排 列，試製 LCOS 元件。在 CMOS 基板側塗佈 PVA，玻璃基板塗佈 FLC PI，cell gap 厚度 約為1.4 μm。圖 4.18(a)(b)為實做之 LCOS 元件與 pixel 照，LCOS 元件之 pixel 大小約為 8*8 μm，pixel gap 為 0.5 μm，pixel gap 為凹槽深約 30 nm。
圖 4.18 (a)LCOS 元件 (b)LCOS pixel
61
4.5.1 無缺陷排列
由於 pixel gap 為凹槽式，所以先測試配向層極性對稱與非對稱液晶排列於 LCOS 元件效果是否會受到凹槽影響其排列，分別製作對稱結構(PI- PI)與非對稱結構(PI-PVA) 兩種 SSFLC 模式 LCOS 液晶盒並灌入液晶，排列結果在偏光顯微鏡下觀察如圖 4.19。
如同 FLC 反射式元件，FLCOS 同樣可以看出對稱結構排列的排列缺陷，而非對稱結構 則可以得到很好的排列，證實配向層極性非對稱在 LCOS 元件內仍可以有效改善 FLC 的排列缺陷，將利用非對稱配向極性(PI-PVA)結構來進行後續研究。
圖 4.19 配向膜極性 (a)對稱(b)非對稱 FLCOS 排列 POM 圖
62
4.5.2 反射率對電壓關係
圖 4.20 FLC 與 FLCOS V-R curve
若不考慮 cell gap 影響造成的反射光強度變化，FLC 反射式元件與 FLCOS 元件電 壓對反射率關係如圖 4.20，對比兩曲線驅動電壓 Vth 為 3.8 V，飽和電壓 Vsat 為 10 V，
兩者於電壓驅動特性上仍保有一致性，表示將 FLC 元件非對稱極性之方法應用於 FLCOS 同樣可以得到不錯的效果並且有相同驅動特性。
63
4.5.3 反應時間
上節實做之1.2 μm 反射式表面穩定鐵電式液晶盒，其反應時間約為 1.1 ms，而將 其應用於 LCOS 元件時，1.4 μm 之 FLCOS 元件反應時間約為 1.48 ms，如圖 4.21，同樣 也有快速反應的特性。
圖 4.21 FLCOS 1.4 μm (a)on (b) off 反應時間
4.5.4
實驗結果討論表面穩定鐵電式液晶模式對於配向層表面帄坦度要求遠高於一般向列型液晶，而 LCOS 元件由於是使用於投影機，每個 pixel 極小，若稍有排列上的缺陷，顯示投影出 畫面時便會將缺陷放大幾百倍，所以最重要研究的便是達到無缺陷的排列。
由實驗的結果，使用非對稱極性配向層的方法應用於 LCOS 元件上時，LCOS 元件 凹槽式 pixel gap 並不會影響到鐵電式液晶的排列，可以同樣得到無缺陷的良好排列，而 驅動特性與反射式 SSFLC 相符，並且擁有快速反應的特性。此研究成功將 SSFLC 模式 應用於 LCOS 元件。
64
第五章
結論
5.1 結論
實驗結果成功的將三種不同的液晶模式(TN、OCB、SSFLC)應用於反射式顯示元件 上，並且皆成功的達到反應時間小於 3 ms 的快速反應，而三種模式有不同的優缺點和 特點，列出如表 4.9。
表 4.9 反射式液晶模式比較
液晶模式 TN OCB SSFLC
視角 小 大 大
驅動電壓 1.1 V 0 V 3.8 V
飽和電壓 4 V 4V 10 V
亮暗模式 NW NW NB
對比 高 中 低
反應速度 快 快 最快
以視角的部分來討論，雖然 TN 模式的視角最差，然而用於投影型的反射式顯示元 件時，入射光與出射光為垂直進出面板，所以 OCB 和 SSFLC 廣視角的優勢不如正向視 角對比度的重要，在此要求下，TN 模式的正向對比度則是最佳的。傳統穿透式 OCB 模
65
66
Reference
[1] F. Reinitzer, Monatsh., ―Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins‖ Chem. 9, 421 (1888).
[2] O. Lehmann, "Ü ber fliessende Krystalle," Z. Physik. Chem. 4, 462 (1889).
[3] P. J. Bos, J. A. Rahma, and J. W. Doane, ―A low-threshold-voltage polymer network TN device‖ Society for Info. Disp. Symp. Digest Tech. 24, 887 (1993).
[4] Y. Tanaka, Y. Taniguchi, T. Sasaki, A. Takeda, Y. Koibe, and K. Okamoto, ―A new design to improve performance and simplify the manufacturing process of high-quality MVA TFT-LCD panels‖ Society for Info. Disp. Symp. Digest, 206 (1999).
[5] S. Matsumoto, M. Goto, S. Choi, Y. Takanishi, K. Ishikawa, H. Takezoe , G. Kawamura, I.
Nishiyama, and H. Takada, ―Phase grating using a ferroelectric liquid-crystal mixture with a photocurable liquid crystal‖ J. Appl. Phys. 99, 113709 (2006).
[6] S. Matsumoto, M. Goto, S. Choi, Y. Takanishi, K. Ishikawa, H. Takezoe , G. Kawamura, I.
Nishiyama, and H. Takada, ―Phase grating using a ferroelectric liquid-crystal mixture with a photocurable liquid crystal‖ J. Appl. Phys. 99, 113709 (2006).
[7] Y. Lee, K. Lee, Y. Chio, and J. Kim, ―Fast Bistable Microlens Arrays Based on a
[11] S. T. Wu and C. S. Wu, ―Bisector Effect on the Twisted-Nematic Cells‖ Jpn. J. Appl. Phys.
47, 1497 (1998).
67
[12] C. T. Lee, S. F. Chen, and Huang-Ming Philip Chen, ―Nanostructure Structure Effect on Transition in Pi-cells‖ IDMC’07, pp.78-80 (2007).
[13] J. W. Goodby, R. Blinc, N. A. Clark, S. T. Lagerwall, et al., ―Ferroelectric Liquid Crystal Principles, Properties and Applications‖ Gordon and Breach Science.
[14] N. A. Clark, S. T. Lagerwall, ―Submicrosecond bistable electro‐optic switching in liquid crystals‖ Appl. Phys. Lett., 36, 899 (1980).
[15] J. P. F. Lagerwall, F. Giesselmann, ―Current Topics in Smectic Liquid Crystal Research‖
Chem. Phys. Chem., 7, 20 (2006).
[16] K. H. Yang and T. C. Chieu, ―Dominant Factors Influence the Bistability of Surface-Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Devices‖ Jpn. J. Appl. Phys. 28, L1599 (1989).
[17] S. Y. Tzeng, T. Y. Lin, . H. Huang, J. J. Wu, and S. L. Wu, ―Thresholdless, hysteresis-free, V-shaped, electro-optical switching for a ferroelectric liquid crystal cell‖
Phys. Rev. E, 70, 011712 (2004).
[18] M. Copic, J. E. Maclennan, and N. A. Clark, ―Structure and dynamics of ferroelectric liquid crystal cells exhibiting thresholdless switching‖ Phys. Rev. E, 65, 021708 (2002).
[19] V. Manjuladevi, Y. P. Panarin, and J. K. Vij, ―Experimental study for the conditions of analog switching in ferroelectric liquid crystal cells‖ Appl. Phys. Lett., 91, 052911-1 (2007).
[20] J. S. Patel, ―Ferroelectric liquid crystal modulator using twisted smectic structure‖ Appl, Phys. Lett., 60, 280 (1992).
[21] J. Funfschilling and M. Schadt, ―Fast responding and highly multiplexible distorted helix ferroelectric liquid‐crystal displays‖ J. Appl. Phys., 66, 3877 (1989).
[22] Y. Asao, T. Togano, M. Terada, T. Moriyama, S. Nakamura and J. Iba, ―Novel Ferroelectric Liquid Crystal Mode for Active Matrix Liquid Crystal Display Using Cholesteric–Chiral Smectic C Phase Transition Material‖ Jpn. J. Appl. Phys., 38, 5977
68
(1999).
[23] T. Hatano, K. Yamamoto, H. Takezoe and A. Fukuda, ―Alignment Controls and Switching Characteristics in a Ferroelectric Liquid Crystal with the Phase Sequence of N*-SC*‖ Jpn.
J. Appl. Phys., 25, 1762 (1986).
[24] T. Hatano, K. Yamamoto, H. Takezoe and A. Fukuda, ―Alignment Controls and Switching Characteristics in a Ferroelectric Liquid Crystal with the Phase Sequence of N*-SC*‖ Jpn.
J. Appl. Phys., 25, 1762 (1986).
[25] C. W. Lin, C. I. Hsu, and H. M. Philip Chen, ―Surface Polarity Controlled Horizontal Chevron Defect Free Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Devices‖ SID 2009 Digest, 1003 (2009).
[26] J. S. Patel and J. W. Goodby, ―Alignment of liquid crystals which exhibit cholesteric to smectic C∗ phase transitions ‖ J. Appl. Phys. 59(7), 2355 (1986).
[27] H. M. Philip Chen and C. W. Lin, ―Free a;ignment defect, low driving voltage of half-V ferroelectric liquid crystal device‖ Appl. Phys. Lett., 95, 083501, (2009).
[28] C. W. Lin, C. Y. Hsu, and H. M. Philip Chen, ―Plasma Alignment Technology For Liquid Crystal Devices‖ IDMC 2009, (2009).
[29] C. W. Lin, C. I. Hsu, C. H. Liao and H. M. Philip Chen, ―Horizontal Chevron Defect Free Half-V Mode Ferroelectric Liquid Crystal Devices Based on Asymmetrical Hybrid Alignment Techniques‖ SID 2010 Digest, 391 (2010).