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残像的定义:
残像也叫影像残留(Image Sticking),它是指显示器长时间显示同一静止画面,在改变显示内容后留下之前画面的现象,如下示意图;实际发生的残像可能是显示屏整面的也可能是局部的。
事实上,所有的TFT-LCD显示屏或轻或重的都存在一点残像的问题,而对于使用面内转换型IPS技术的显示屏,没有像扭曲向列型一样的氧化钢锡屏蔽层。所以,使用FFS或者IPS技术的显示屏相对比较容易出现残影。
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残像的分类:
残像也有类别之分,目前主要有以下三种不同维度的分类方式,具体总结如下表:
注:电压保持率(VHR)是表征液晶材料信赖性特性的重要参数之一;
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残像的起因:
残像产生的原因主要由材料因素、设计因素、驱动因素等。材料因素是导致存在杂质离子聚集的原因,设计因素和驱动因素是导致存在直流偏置电压的原因,改善残像可以从清除杂质离子方面着手,也可以从直流偏置入手。具体原因如下:
1.PI/LC材料的选定,引起残像
2.因AC施加而引起的残像
3.因DC施加而引起的残像
4.离子污染引起的残像
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PI/LC材料的选定,引起残像:
离子型不纯物来源很多:材料污染、设备污染、制程污染;其中材料污染,包含彩膜的黑色矩阵(Black Matrix,BM)、R、G、B、隔垫物制程材料,以及 Cell 的配向膜、液晶、框胶等材料。这些杂质离子都有可能在这些直流偏置的影响下,在液晶盒内形成干扰电场。
另外,液晶本身是一种聚合物,并不是100%纯净,在液晶中实际是夹在着一些移动的杂质离子,当加电压时,因为杂质离子容易受到电极上和它不一样的电荷吸引,导致电极移动。如果加的极性相反,此时杂质离子变化的的方向就相反。当直流电压比较高的时候,也会出现液晶材料逐渐分解出离子。
关于配向膜的使用,当前主要用在配向膜的材料方面,都是以溶剂材料,在液晶盒制造过程中,由于玻璃基板的干净与否,配向膜的成膜的厚度及表面的平坦度,还有固化制造过程,都会导致夹杂一些杂质离子。
改善对策:尽可能选择高品质的配向材和液晶材的搭配,可减弱残像的现象。
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AC残像的形成原因及改善措施:
通过分析发现,其交流分量产生的原因是由于液晶与配向层之间的配向力弱,加电场后预倾角发生变化,其透过率增大,从而导致残像;
图b:白格子区域的液晶旋转,黑格子区域液晶不旋转。旋转液晶同时受到外加电场作用力和分子间作用力, PI 表层液晶分子受 PI分子作用力大于外加电场作用力,表层液晶分子不会旋转。越靠中间层液晶受外加电场作用力越大,旋转角度越接近理论值。在信号持续输出时,白格子区域的液晶通过分子间作用力(电性力和色散力)影响到 PI 表层液晶, 若 PI 膜配向能力差, PI 表层液晶的预倾角随液晶转动发生变化。
图c:切换灰阶画面,因白格区域的预倾角较黑格区域的预倾角已经发生偏转, 在相同灰阶电压下,已发生角度偏转区域的液晶更易偏转到理论角度,其透过率增大,从而导致残像。
形成原因总结: 配向能力不足,加电场后预倾角发生变化,透过率增大,导致残像
配向力各相关参数与残像关系的实验验证结果汇总如表如下:
考虑通过提升配向力改进残像时,可以通过提升预烘烤的温度,延长本固化的时间,以及增大压入量的方式。
在实际应用中,车载应用的 10.25 寸产品将参数由“预烘烤90℃,本固化时间 1650s,Torq 值 0.18,压入量 0.25”变成了“预烘烤 90℃,本固化时间 1800s,Torq 值 0.18,压入量 0.35”。
残像在改进后的条件下以 L2 为标准,残像由 100%不良变成了 9%不良,残像水平得到有效改善。
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AC/DC残像的判定:
我们已经知道了AC残像的主要产生机理,那么在实际中我们该如何判断一个残像是AC残像还DC残像呢?目前主要有两种方法:
①调节Vcom:若残像程度无明显变化,则是AC残像;若有明显变化或者能调消失,则为DC残像。原因是,AC残像属于液晶配向的问题,调节Vcom电压改变不了液晶的配向,因此AC残像不会变化。至于为何DC残像在调节Vcom时会有变化,且看下文继续分解;
②根据Vcom 和亮度曲线来判断:当 Panel 的配向力不足时, LC 分子和 PI 之间相互作用力减弱,因此当液晶转动同样角度时所需要的电场强度降低, 在宏观表现上则是 V-T 曲线左移,因此 Vcom 和亮度曲线整体会上移;
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DC残像的形成原因:
产品在加压过程中,在像素区会出现交流驱动不对称的地方,偏离中心的那部分电压就是 DC 偏置。
DC 偏置吸引屏内离子型不纯物,导致离子聚集从而形成残留 DC 偏置;
切换显示画面时,由于残留 DC 作用,液晶分子受离子影响不能正确保持设计所要求的状态,导致在离子聚集处与其他区域显示亮度出现差异→形成残像不良。
直流分量的来源:
在残像测试和判定的过程中,涉及两个画面,用于测试的黑白相间的棋盘格画面,和用于判定的灰阶画面。其中,黑,白和灰三种状态均属于不同的灰阶,所以在研究公共电极电压影响因子变化时,着重分析灰阶画面下反馈电压的变化。
其次,在充放电过程中,漏电流等效于一个直流电压分量。因此,我们DC电压来于两个方面,第一方面是灰阶画面下公共电极电压影响因子变化带来的直流分量,第二方面是漏电流导致的直流分量。
如何改善:
因寄生电容和液晶电容的影响,在不同灰阶下寄生电容和液晶电容的变化,最佳Vcom也会发生变化,若将灰阶画面下Vcom的变化量补偿到Vd,以达到等效于不同灰阶最佳Vcom不同的改进方案,可以有效改善残像问题。
由于薄膜晶体管器件漏电流的特征,Ioff 的偏移与残像等级存在相关性,需提升Ioff的稳定性,减少薄膜晶体管器件漏电流对残像的影响。
通过改变沟刻深度和氦处理提升薄膜晶体管漏电流的稳定性,减少带来影响的直流电压。
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线残像形成原因:
在棋盘格画面下, 由于在黑白显示区域之间存在一个 DC 偏置电压,边界线的 DC 偏置电压促使不纯物离子向边界聚集,使离子聚集处的像素电压发生起伏,影响液晶偏转,导致透过率发生偏移, 形成 Ximi(即线残像)
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线残像和 DC 面残像的关系:
DC 面残像与 Ximi 都存在 DC 偏转和离子不纯物;但两者现象差异大,主要与 DC 偏转值的大小及 DC 偏转区域大小紧密相关( Ximi 的 DC 偏置值大,范围小)。
发生Ximi 往往有 DC 面残像,但两者不是必然的,主要还与产品驱动信号、材料设计等相关;