設計與製作具微型光管陣列結構之新型透反式液晶顯示器

Abstract

由於通訊產業的蓬勃發展，應用於多種通訊產品之透反式液晶顯示器受到廣泛重視。輕薄、高亮度、可讀性、省電、高色彩飽和度都是可攜式透反式液晶顯示器的重要考量。許多種不同架構之透反式液晶顯示器相繼被提出，然而，當透反式液晶顯示器使用背光系統作為光源時，部份的背光就會被反射區所擋住而無法穿透，造成光利用效率降低。因此，相較於透射式液晶顯示器，若要達到相同的光效率，則必須要求更亮的背光系統而造成更高的功率耗損。為了解決上述的問題，本論文提出一種具微型光管陣列結構之透反式液晶顯示器，以提升光使用效率和增進影像品質。利用一個形狀相似於漏斗的微型光管結構，使的大部分的背光可以穿透過面板，以致於背光的光效率可以大幅提昇。此外，我們也可以重新分配穿透區和反射區的面積比，使的穿透的背光和反射的環境光都能同時更有效的被利用，以致於在室內或是外的影像品質都能有效的改善。 基於微型光管結構的集光原理，我們利用軟體建立一個模型來描繪具微型光管陣列結構的透反式液晶顯示器之特性。藉由改變上開口的大小、光管的高度和光管側壁的傾斜角，我們可以最佳化微型光管的結構。在此，採用兩種一般商用的被光系統作為模擬時的光源。最後，基於製程上的限制，我們選擇規格為光管高度3um、上開口大小5um和側壁傾斜角60度的微型光管陣列作為最佳化的結構。接著，我們又進一步針對光管上開口的形狀和分佈位置做模擬並討論比較之，而後模擬的結果來繪製光罩。 基於模擬的結果，一個初步的結構被用來驗證微型光管陣列的特性。藉由典型的TFT-LCD製程技術，我們製作出一個樣品。其中，製程中有四個最重要的因素能分別決定單一個微型光管的各部位結構。首先，若考慮光管的高度，第一道光罩的曝光時間將扮演決定性的角色；其次，第二個製程的要素則是第一道光罩的開口大小，此將決定光管上開口的大小；接著，烤箱的升溫曲線會對光管的傾斜角有很大的影響；最後，則是考慮第二道光罩曝光對Al覆蓋的影響。藉由適當調整上述的製程參數後，最佳化的微型光管陣列結構已經被製作，然後，其光利用效率和光分佈可以由光學儀器所量測得到。其後，模擬和製程的結果被比較和討論。 對於目前一般透反式液晶顯示器中的反射區，大多都是凸塊的反射器，其製程包含使用兩道光罩的對位曝光和烤箱的熱融過程。雖然，這是一個典型的TFT-LCD的製程，但可能仍會有一些製程上的問題，像是兩道光罩在對位時的對位誤差，或是為了得到理想的凸塊結構，所必須要求更精確的控制熱融時的參數，而這可能提高製程上的複雜性。因此，為了簡化反射區域的製程，我們更進一步提出一種新型的反射結構-凹面式反射器，其中，此反射器是建構在微型光管的結構上面，因此我們可以利用微型光管陣列有效的提升背光源利用率，並藉由其結構來製作凹面式反射區以簡化目前一般的製程，同時又能達到與一般反射區相同的光效率。