Dong-A University Display Device Lab 1/16 Surface Anchoring Energy 가 추가된 Fast Q-tensor...

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Dong-A University D isplay isplay Device evice L ab ab 1/16 Surface Anchoring Energy Surface Anchoring Energy 가 가가가 가 가가가 Fas Fas t Q-tensor Mothod t Q-tensor Mothod 가 가가가 가 가가가 pi-cell pi-cell 가가가가가 가가가가가 강강강 * , 강강강 * , 강강강 ** , 강강강 * * 강강강강강 강강강강강 , ** 강 강강강강강강 E-mail : [email protected]

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Dong-A University DDisplay isplay DDevice evice LLabab1/16

Surface Anchoring EnergySurface Anchoring Energy 가 추가된 가 추가된 FFast Q-tensor Mothodast Q-tensor Mothod 를 이용한 를 이용한 pi-cell pi-cell

시뮬레이션시뮬레이션

강완석 *, 허승열 *, 윤형진 **, 이기동 *

* 동아대학교 전자공학과 , ** ㈜ 사나이시스템

E-mail : [email protected]

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▷ Introduction

▷ Fast Q-tensor method

▷ The Results of Simulation

▷Conclusion

Contents

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▣ Next generation of LCD

▶ Large size Display, TV, Mobile Display, etc.

1) Wide viewing for family use

Multi-domain Technology

2) Fast response timefor moving pictures

Dynamics simulator

Defects

Introduction

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1) non uniform electric field distribution (ex. PVA, S-IPS, FFS)

2) Phase transition (ex. Pi cell)

Fig 2. Defects in a PVA cell Fig 4. Defects in a FFS cellFig 3. Defects in a S-IPS cellFig 1. Defects in a pi cell

▣ The generation of the Defect

Introduction

Liquid crystal samples may contain defects where the director n is undefined,that is, where there is a discontinuity in the orientation of n.

⇒ We focus on dynamics simulator which can show the defects.

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Vector Method Q-tensor MethodFast Q-tensor

Method

In real nematics, n and –n are equivalent and give the same free energy

density.

-. Vector : different free energies for n and –n.

-. Q tensor : same free energies for n and –n. Fast Q-tensor method can calculate order parameter S (can show the defects).

▣ Comparison

Introduction

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Vector methodDickman’s Q-ten

sor methodFast Q-tensor

method

Normal Dynamics

O O O

Phase Transition X O O

Defect X X O

commercial use O O Is going

etc. easy calculation simple,

short time for calculation

▪ LC Dynamics : Vector method, Q-tensor method, Fast Q-tensor method

Introduction

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Fast Q-tensor Method

2

)2(4

2203

)3(6

11332

)2(3

24

2

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2422112

)2(1

221133

9

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27

2

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2

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27

1

S

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S

GK

S

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S

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j

VV

S

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j

jkkjje

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2

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1

▪ Q-tensor form of electric free energy

▪ Q-tensor form of strain free energy

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▣ What is a Fast Q-tensor method?

Fast Q-tensor Method

질서도 질서도 SS 는 온도에 직접으로 관련되기 때문에 온도의 함수로써 질서도 는 온도에 직접으로 관련되기 때문에 온도의 함수로써 질서도 SS 를 결정를 결정

2 5

1 1( ) ( ) ( )

2 31

( )( ) ( )4

t ij ji ij jk ki

ij ij

f T fo A T Q Q B T Q Q Q

C T Q Q O Q

온도 에너지 밀도를 간단한 다항식의 전개를 사용하여 아래의 식으로 표현온도 에너지 밀도를 간단한 다항식의 전개를 사용하여 아래의 식으로 표현

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[f[fgg]]QQjkjk = strain term([f = strain term([f

gg]]SS) + voltage term([f) + voltage term([fgg]]VV) + temperature term([f) + temperature term([f

gg]]TT))

Fast Q-tensor Method

11 2211 22 33 , ,2 2

24, 33 11 , , , , ,2 3

, , , 0 22 ,2

0 , ,

1 2 3

( )2 1 1 1[ ] ( )

12 4 121

( )(4

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1[ ]

2

[ ] ( )

g S jk ll jl lk

jl lk lm j lm k lm l jk m lm jk ml

lm m jk l lm jk lm jlm mk l

g V e j k

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K Kf K K K Q Q

S SKQ K K Q Q Q Q Q Q

S S

Q Q Q Q q K e QS

f e DV V

Tf A A Q Q A Q Q

T

4

, ( )jkjk ll

Q A Q Q Q Q

QQ

l l

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QQS

S

nnS

nnnnnnnS

nnnnnnnnnnnnS

nnnnnn

nnnnnn

nnnnnn

nnnnnn

nnnnnn

nnnnnn

SQQ

nnnI

nnSQ

3

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2

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13

13

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23

23

2

23

22

21

23

43

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21

2

23

22

21

23

22

23

21

22

21

43

42

41

2

333231

322221

312111

333231

322221

312111

2

23

22

21

Fast Q-tensor Method

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W : anchoring strengthQjk : Q with strong anchoringQ’

jk: Q of a LC director

zjk

sur

yjk

sur

xjk

sur

jk

sursur dQ

df

dz

d

dQ

df

dy

d

dQ

df

dx

d

dQ

dff

,'

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][

)'(][ jkjkQsur QQWfjk

)(2

3][][][ jikkijQsur

i

jkQsurnisur nn

Sf

n

Qff

jkjk

• Rapinni-Papular Equation

2)'(2

1jkjksurface QQWf

Fast Q-tensor Method

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l

Qjk

lllQjk

QQWfg

QQQQAQQQAQQT

TAAfg

VVDefg

QeKqS

QQQQQQQQQQ

KKS

QS

K

QS

KKQKKK

Sfg

jkjkSur

inT

kjeV

lmkjlm

lmjklmljkmlmmljklmmjkllmklmjlm

lkjl

lkjllljkS

,

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1

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12

1

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4321

,,0

,2202

,,,,,,,,

11333,224

,22211

,3322112

[f[fgg]]QQjkjk = strain term([f = strain term([fgg]]SS) + voltage term([f) + voltage term([fgg]]VV) + temperature term([f) + temperature term([fgg]]TT) )

+ surface term([f+ surface term([fgg]]sursur))

Fast Q-tensor Method

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m10

m100

m20 m50 m30

ElectrodesElectrodes

K11 14.4pN 10.7

K22 6.9pN 3.7

K33 18.3pNPretilt angle

5

< Liquid Crystal Parameter >< Liquid Crystal Parameter >

< A Simulated Structure >< A Simulated Structure >

The Results of Simulation

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(a) 1.53V (a) 1.55V

(a) 1.6V (a) 1.8V

< 강한 고정에너지를 고려한 pi-cell 의 모델링 결과 >

The Results of Simulation

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(a) 1.53V (a) 1.55V

(a) 1.6V (a) 1.8V

< 약한 고정에너지를 고려한 pi-cell 의 모델링 결과 >

The Results of Simulation

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기존의 Fast Q-tensor method 에 Rapinni – Papoular 방정식을

기반으로 하는 고정에너지항을 추가

고정에너지항이 추가된 Fast Q-tensor method 를 이용하여

pi-cell 의 defect 의 생성 위치와 표면 영역의 질서도 S 값 계산

표면 영역에서 약한 고정에너지를 고려하여 pi-cell 을 시뮬레이션

한 결과 , 정확한 defect 위치 및 표면 영역의 질서도 S 값을

계산할

수 있음

Multi-domain 을 가지고 있는 액정 모드에 고정에너지를 고려한

fast Q-tensor method 를 이용할 경우 더욱 정확한 액정의

동특성을

확인 할 수 있을 것으로 판단됨

Conclusion