馮 蘭?,侯清娜,王 崢,林鴻濤,劉 冬

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京100176)

影響ADS面板閃爍漂移的因素研究

馮 蘭?,侯清娜,王 崢,林鴻濤,劉 冬

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京100176)

撓曲電效應(yīng)(Flexoelectric Effect)是指液晶分子在外電場(chǎng)的作用下,由于展曲/彎曲形變而導(dǎo)致的液晶分子自極化,并表現(xiàn)出宏觀電偶極矩的現(xiàn)象。ADS模式液晶顯示面板在開機(jī)工作初,由于撓曲電效應(yīng)從而產(chǎn)生閃爍漂移(Flicker Shift)的現(xiàn)象。本文從撓曲電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理出發(fā),結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,討論了灰階電壓大小及灰階電壓對(duì)稱性對(duì)閃爍漂移程度、速率的影響;當(dāng)閃爍漂移達(dá)到穩(wěn)定后,面板的實(shí)際公共電極電壓(Vcom)偏移程度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著灰階電壓的升高,閃爍漂移程度會(huì)隨著撓曲電效應(yīng)的增強(qiáng)而加重,面板內(nèi)Vcom電壓偏移量也隨之增加,而改變灰階電壓的對(duì)稱性可在一定程度上增強(qiáng)或抵消自極化效應(yīng)帶來的Flicker漂移和Vcom電壓偏移。利用該結(jié)果可一定程度上改善面板的顯示特性。

撓曲電效應(yīng);閃爍漂移;灰階電壓;灰階電壓對(duì)稱性;Vcom電壓

1 引 言

近些年來,顯示器件作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,正在加速平板化進(jìn)程。電視、電腦、移動(dòng)電話等可攜帶式便攜設(shè)備及各類儀器儀表上顯示屏的廣泛應(yīng)用,更加推動(dòng)了顯示技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD),以其輕薄化,低輻射、低功耗和低成本等優(yōu)勢(shì),愈來愈占據(jù)顯示行業(yè)中的主導(dǎo)地位。

為了從各個(gè)方面提升TFT-LCD的顯示品質(zhì),業(yè)界研究了多種模式的液晶顯示器,其中高級(jí)超維場(chǎng)轉(zhuǎn)化技術(shù)(Advanced Super Dimension Switch,簡(jiǎn)稱ADS)以其在大屏幕、高分辨率下的廣視角特點(diǎn),可應(yīng)用于各類高端顯示器件上,具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

一般地,液晶顯示器在正常工作時(shí),為防止液晶老化,像素電壓極性以Vcom電壓為中心周期性變化,當(dāng)正負(fù)極性電壓絕對(duì)值不等時(shí),即出現(xiàn)閃爍(Flicker)現(xiàn)象。通常情況下,可通過調(diào)整特定Flicker畫面下的Vcom電壓,降低正負(fù)極性電壓的不對(duì)稱性,直至Flicker降至最小值,達(dá)到將閃爍現(xiàn)象最小化,提高觀看舒適度的目的。

然而對(duì)于ADS面板,無論初始時(shí)的Vcom電壓如何,當(dāng)面板開始工作時(shí),Flicker會(huì)隨時(shí)間不斷漂移,直至達(dá)到某一穩(wěn)定值。針對(duì)此現(xiàn)象,其他的企業(yè)已有類似的研究工作[1]。

這是由于ADS模式產(chǎn)品,其固有的撓曲電效應(yīng)存在[2-4],使得面板在顯示初期閃爍(Flicker)不穩(wěn)定,從而產(chǎn)生Flicker漂移的現(xiàn)象。

撓曲電效應(yīng)于1969年首次作為液晶分子的模擬壓電效應(yīng)被提出[5],它是由于液晶分子在外加電場(chǎng)的情況下,偶極矩由于梯度形變從而發(fā)生的自發(fā)電極化現(xiàn)象。這種效應(yīng)會(huì)對(duì)液晶面板內(nèi)的液晶分子產(chǎn)生諸多影響[6]。同時(shí)根據(jù)此效應(yīng)原理人們也開發(fā)出了很多應(yīng)用,如應(yīng)用在雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)中的撓曲電表面開關(guān)技術(shù)[7-9]。

本文基于撓曲電效應(yīng)的理論,以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),分析了灰階電壓大小、灰階電壓對(duì)稱性對(duì)Flicker漂移的影響,包括漂移速率、漂移程度、漂移穩(wěn)定前后Vcom電壓變化量等方面的分析。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 樣品與儀器

實(shí)驗(yàn)所用的樣品主要有三種,19″,21.5″與23.8″ADS模組各一個(gè)。

試驗(yàn)所用的儀器主要用:色彩分析(CA310),日本KONIKA MINOLTA公司制造;數(shù)字萬用表。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

為了表征灰階電壓大小對(duì)Flicker漂移的影響,分別選取19″,21.5″及23.8″ADS樣品作為測(cè)試樣品,在不同亮度:L0,L64,L127,L192,L248 及L255下的Flicker畫面(1＋2 dot,Green)作為測(cè)試畫面,每隔1 min,切換至Flicker Gray L127 (G)畫面測(cè)試Flicker值并記錄,連續(xù)測(cè)試約2 h。

為了研究灰階電壓對(duì)稱性對(duì)Flicker漂移的影響,仍選用上述3款面板,分別調(diào)偏其某一灰階電壓,改變?cè)摶译A電壓對(duì)稱性,并測(cè)試該灰階下閃爍漂移情況,并與上述未調(diào)偏時(shí)的情況作對(duì)比。

基于衛(wèi)星的流媒體應(yīng)用技術(shù)研究……………………………………………………黃澤武，韓桂魯，李雙全 24-5-57

在每次開始測(cè)試前,調(diào)整PCB上VR旋鈕至面板Flicker值最小,測(cè)量并記錄此時(shí)Vcom電壓值,記作Vcom1;當(dāng)面板在所測(cè)試畫面的閃爍值達(dá)到穩(wěn)定后,再次調(diào)整PCB上VR旋鈕至面板Flicker最小,并記錄此時(shí)Vcom電壓值,記作Vcom2, Flicker漂移前后Vcom電壓的變化量記作ΔVcom, ΔVcom＝Vcom2－Vcom1。ΔVcom變化即反映了測(cè)試前后面板內(nèi)Vcom電壓的偏移量。亦可作為衡量閃爍漂移程度的重要依據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 灰階電壓大小對(duì)Flicker漂移的影響

由于液晶分子本身具有固有的偶極矩,在未加電的情況下,偶極矩的正負(fù)向分布大小相等,方向相反。故液晶不表現(xiàn)出宏觀偶極矩。然而,根據(jù)撓曲電效應(yīng)原理,在像素電壓外加電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下,液晶分子發(fā)生展曲/彎曲形變,導(dǎo)致其被極化,液晶盒內(nèi)由此產(chǎn)生直流偏壓。

Ma和Cross等人在研究固體的撓曲電效應(yīng)時(shí),曾引入測(cè)量機(jī)械彎曲固體表面電荷的方式來分析撓曲電效應(yīng)的強(qiáng)弱[10-14],相似地,我們?cè)谘芯恳壕姘鍍?nèi)撓曲電效應(yīng)時(shí),可通過測(cè)試面板最小Flicker對(duì)應(yīng)的Vcom電壓差來標(biāo)定撓曲電效應(yīng)的強(qiáng)弱。

由于ADS面板為常黑模式,高灰階即對(duì)應(yīng)高的像素電壓。測(cè)試初始狀態(tài)時(shí),面板的Vcom電壓調(diào)至面板Flicker評(píng)價(jià)畫面下最小值,認(rèn)為正負(fù)幀極性像素電壓關(guān)于Vcom對(duì)稱性最佳,此時(shí)Vcom電壓記作Vcom1。如圖1所示,隨著測(cè)試進(jìn)行,Flicker值逐漸升高,直至面板達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在這一過程中,Flicker值逐漸升高,說明面板內(nèi)在逐漸積累直流偏壓,導(dǎo)致了實(shí)際面板的Vcom電壓發(fā)生偏移,正負(fù)幀不對(duì)稱性變大。而由于初始設(shè)定的Vcom使得面板正負(fù)幀對(duì)稱性很好,故在此過程中增加的閃爍應(yīng)為液晶分子受像素電壓驅(qū)動(dòng),在撓曲電效應(yīng)的作用下發(fā)生自極化作用產(chǎn)生的。

圖1(a),(b),(c)分別是19″,21.5″和23.8″ADS面板在不同亮度水平閃爍畫面下閃爍值隨時(shí)間漂移的曲線。

圖1 不同產(chǎn)品各灰階Flicker畫面下Flicker漂移曲線Fig.1 Flicker shift curves at flicker pattern for different gray levels(Different samples)

一般地,隨著灰階的升高,閃爍初期的漂移速率會(huì)較快,終態(tài)穩(wěn)定時(shí)的閃爍值也相對(duì)較高。三款產(chǎn)品均反映了這一特性。這說明,隨著灰階的升高,加在液晶分子上的像素電壓升高,液晶分子由于展曲/彎曲形變而產(chǎn)生的極化也變強(qiáng),面板內(nèi)產(chǎn)生的直流殘余電壓升高,導(dǎo)致實(shí)際的Vcom偏移量變大,最終穩(wěn)定時(shí)的閃爍值也較大。這一現(xiàn)象說明撓曲電效應(yīng)是隨著外界電壓增大而逐漸增強(qiáng)的。

在老化達(dá)到閃爍穩(wěn)定后,調(diào)整PCB上VR調(diào)節(jié)鈕,調(diào)節(jié)面板Vcom電壓,使面板閃爍重新達(dá)到最小值,此時(shí)記作Vcom電壓為Vcom2。計(jì)算前后Vcom電壓差ΔVcom＝Vcom2－Vcom1,ΔVcom即可作為衡量液晶分子被極化的程度的標(biāo)度。結(jié)果如表1所示。

表1 不同樣品在各灰階閃爍畫面下老化試驗(yàn)后Vcom漂移量Tab.1 Vcomshift after flicker pattern aging at flicker pattern for different gray levels(Different samples)

表1結(jié)果顯示,一般地,在不同灰階老化穩(wěn)定后ΔVcom值,隨著灰階電壓升高而增大。ΔVcom均為正值,說明閃爍漂移過程中,面板的實(shí)際Vcom發(fā)生正向偏移導(dǎo)致。老化灰階越高,則Vcom電壓正向偏移量越大,即撓曲電效應(yīng)產(chǎn)生的液晶分子自極化程度越強(qiáng)。

3.2 灰階電壓對(duì)稱性對(duì)閃爍漂移的影響

為了研究像素電壓對(duì)稱性對(duì)閃爍漂移的影響,對(duì)面板特定灰階的正/負(fù)幀電壓同時(shí)人為調(diào)偏,調(diào)偏的大小、方向均相同,此時(shí),對(duì)于該灰階而言,相當(dāng)于Vcom電壓被調(diào)偏,其余灰階的電壓對(duì)稱性仍保持不變。

仍選用19″,21.5″及23.8″ADS面板,分別選取不同的灰階電壓,人為將電壓調(diào)偏。調(diào)偏的方式為:對(duì)于選定的灰階,正負(fù)幀同時(shí)正(或負(fù))像調(diào)偏相同的電壓V1,對(duì)于這一灰階,Vcom電壓負(fù)(或正)向調(diào)偏V1,而其他灰階則不受影響。各產(chǎn)品所調(diào)整的灰階及調(diào)偏量如表2所示。

表2 各產(chǎn)品灰階電壓調(diào)偏量Tab.2 Gray Level voltage shift for different samples

圖2(a),(b),(c)為上述3款產(chǎn)品在被調(diào)整灰階前后閃爍漂移的變化曲線對(duì)比。

圖2 不同產(chǎn)品灰階電壓調(diào)偏前后閃爍漂移曲線Fig.2 Flicker shift curves comparison before&after gray Level voltage shift at flicker pattern for different samples

表3 不同樣品在各灰階閃爍后Vcom漂移量對(duì)比(灰階電壓調(diào)偏后)Tab.3 Vcomvoltage shift comparison for different samples after flicker pattern aging at different gray levels

面板點(diǎn)亮?xí)r閃爍變化過程中,不僅受到液晶極化時(shí)產(chǎn)生的偶極矩大小的影響,還受到初始狀態(tài)時(shí)的灰階電壓不對(duì)稱程度的影響。圖2體現(xiàn)了在同樣的液晶極化程度下(所選取的點(diǎn)亮畫面灰階相同),灰階電壓不對(duì)稱程度對(duì)閃爍漂移的影響。

圖2(a)中,19″ADS樣品被調(diào)整前,由于灰階電壓過高,撓曲電效應(yīng)明顯,閃爍漂移程度較大, 當(dāng)L255灰階正/負(fù)幀電壓同時(shí)正向調(diào)偏0.1 V,相當(dāng)于Vcom電壓負(fù)向調(diào)偏0.1 V。面板點(diǎn)亮至穩(wěn)定態(tài)結(jié)束后,Vcom電壓偏移量由原來的0.103 V降至0.019 V(見表1和表3數(shù)據(jù))。這說明灰階電壓不對(duì)稱性抵消了液晶自極化效應(yīng)產(chǎn)生的直流壓差,因此圖中灰階電壓調(diào)偏后,閃爍漂移程度大大減小。

圖2(b)中,21.5″ADS樣品L255灰階正/負(fù)幀電壓同時(shí)正向調(diào)偏0.25 V,相當(dāng)于Vcom電壓負(fù)向調(diào)偏0.25 V。面板點(diǎn)亮至穩(wěn)定態(tài)結(jié)束后,Vcom電壓偏移量由原來的0.125 V降至－0.128 V(見表1和表3數(shù)據(jù))。說明灰階電壓不對(duì)稱性過大,不僅抵消了原來液晶自極化效應(yīng)產(chǎn)生的直流壓差,同時(shí)更反向疊加了一程度相近的直流壓差,因此圖中閃爍漂移程度與原來相比差異不大。

圖2(c)中,23.8″ADS樣品L0灰階的正/負(fù)幀電壓被正向調(diào)偏0.10 V,相當(dāng)于Vcom電壓被負(fù)向調(diào)偏0.1 V,面板點(diǎn)亮至穩(wěn)定態(tài)結(jié)束后,Vcom電壓偏移量由原來的0.004 V降至－0.084 V(見表1和表3數(shù)據(jù))。由于L0是液晶分子被極化程度最小(外加電壓很小,接近0V),故面板點(diǎn)亮后Vcom漂移主要是電壓不對(duì)稱性造成的,調(diào)偏后閃爍漂移程度變大也是由于一開始L0灰階電壓的不對(duì)稱性過大造成的。

由此可知,有目的地調(diào)整灰階電壓關(guān)于Vcom電壓的對(duì)稱性,可在一定程度上改變由于ADS面板撓曲電效應(yīng)產(chǎn)生的閃爍漂移程度及直流偏置大小,對(duì)于改善面板顯示特性有一定作用。

4 結(jié) 論

通過在不同亮度閃爍畫面下長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮ADS面板的方式,研究了灰階電壓對(duì)ADS面板撓曲電效應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn),加載在液晶上的電場(chǎng)越強(qiáng),液晶因展曲/彎曲產(chǎn)生的撓曲電效應(yīng)也就越明顯,在液晶面板工作時(shí),會(huì)自發(fā)地在液晶盒內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)直流偏置電壓,從而改變初始時(shí)Vcom電壓設(shè)置,產(chǎn)生閃爍漂移的現(xiàn)象。在液晶材料不發(fā)生改變時(shí),這一固有效應(yīng)無法有效消除,但是,可以通過移動(dòng)端點(diǎn)電壓的方式,人為使Vcom電壓偏置,一定程度上削弱或抵消撓曲電效應(yīng)帶來的Vcom電壓偏移及閃爍漂移現(xiàn)象,提高面板顯示特性。

[1] 佘曉飛,周井雄,孔祥健,等.FFS模式中閃爍漂移的研究[C].2014中國(guó)平板顯示學(xué)術(shù)會(huì)議,南京,2014:25-26.She X F,Zhou J X,Kong X J.et al.Study on flicker shift for FFS LCD[C].2014 Chinese Flat-Panel Display Academic Conference,Nanjing,2014:25-26.(in Chinese)

[2] Kogan S.M Piezoelectric effect during inhomogeneous deformation and acoustic scattering of carriers in crystals.[J].Sov.Phys.Solid State,1964,5:2069-2070.

[3] Hwa J,In Won J.Investigation on flexoelectric effect in the fringe field switching mode[C]Society for Information Display,SID International Symposium,Seminar,and Exhibition,2013:101.

[4] Tsuruma T,Goto Y,Higashi A,et al.Novel Image Sticking Model in the Fringe Field Switching Mode Based on the Flexoelectric Effect[J].Eurodisplay,2011,11:13.

[5] Meyer R B.Piezoelectric effects in liquid crystals[J].Phys.Rev.Lett.,1969,22:918.

[6] Blinov L M,Chigrinov V G.Electrooptic effects in liquid crystal materials[D].New York,Springer-Verlag Publishing Co.,new york,1994.

[7] Denniston C,Orlandini E,Yeomans J.Lattice boltzmann simulations of liquid crystal hydrodynamics[J].Phys.Rev.E,2001,63:056702_10.

[8] A J Davidson and N J Mottram,Defect trajectories and domain-wall loop dynamics during two-frequency switching in a bistable azimuthal nematic device[J].Phys.Rev.E,2002,65:051710.

[9] Parry-Jones L A,Meyer R B,Elston S J.Flexoelectric surface switching of bistable nematic devices[J].Appl.Phys.2009,106:014510.

[10] Ma W,Cross L.E.Large flexoelectric polarization in ceramic lead magnesium niobate[J].Appl.Phys.Lett., 2001,79:4420-4422.

[11] Ma W H,Cross L E.Observation of the flexoelectric effect in relaxor Pb(Mg1/3Nb2/3)O3ceramics[J].Appl.Phys.Lett.,2001,78,2920-2921.

[12] Ma W H,Cross L E.Flexoelectric polarization of barium strontium titanate in the paraelectric state[J].Appl.Phys.Lett.,2002,81,3440-3442.

[13] Ma W H,Cross L E.Strain-gradient-induced electric polarization in lead zirconate titanate ceramics[J].Appl.Phys.Lett.,2003,82:3293-3295.

[14] Ma W H,Cross L E Flexoelectric effect in ceramic lead zirconate titanate.[J].Appl.Phys.Lett.2005, 86:072905.

Influence factors on flicker shift for ADS LCD

FENG Lan?,HOU Qing-na,WANG Zheng,LIN Hong-tao,LIU Dong

(Beijing BOE Display Technology Co.Ltd.,Beijing 100176,China)

Flexoelectric effect refers to the spontaneous polarization of LC molecules caused by splay/ bend deformation while they are under the action of external electrical field.It would make the LC molecules show electric dipole moment which may produce DC offset in ADS(advanced super dimension switch)panels.The experiment result shows that flicker shift would happen because of flexoelectric effect when the ADS mode panel started to work.This paper investigated how the gray scale voltage and the gray scale voltage symmetry influenced the flicker shift of ADS panel based on the mechanism of flexoelectric effect and experiment result.The flicker shift includes two aspects,shift rate and degree,as well as the voltage of common electrode(Vcom)deviation.The result indicates that the flicker shift and Vcomdeviation would intensify with the increase of gray scale voltage.And also the change of gray scale symmetry may enhance or relieve flicker shift and Vcomdeviation caused by flexoelectric effect.In this way we may relieve the flicker shift and Vcomdeviation in ADS panel so that the display performance could be improved.

flexoelectric effect;flicker shift;gray scale voltage;gray scale voltage symmetry; Vcomvoltage

TN141.9

A

10.3788/YJYXS20153005.0807

1007-2780(2015)05-0807-06

馮蘭(1986－),女,陜西咸陽人,碩士,高級(jí)研究員,主要從事LCD相關(guān)研發(fā)工作。E-mail:fenglan＠boe.com.cn

2015-01-07;

:2015-03-25.

?通信聯(lián)系人,E-mail:fenglan＠boe.com.cn