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有限公司,北京100176)

撓曲電效應(Flexoelectric Effect)是指液晶分子在外電場的作用下,由于展曲/彎曲形變而導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工作初,由于撓曲電效應從而產生閃爍漂移(Flicker Shift)的現(xiàn)象。本文從撓曲電效應的產生機理出發(fā),結合試驗結果,討論了灰階電壓大小及灰階電壓對稱性對閃爍漂移程度、速率的影響;當閃爍漂移達到穩(wěn)定后,面板的實際公共電極電壓(Vcom)偏移程度變化。結果發(fā)現(xiàn),隨著灰階電壓的升高,閃爍漂移程度會隨著撓曲電效應的增強而加重,面板內Vcom電壓偏移量也隨之增加,而改變灰階電壓的對稱性可在一定程度上增強或抵消自極化效應帶來的Flicker漂移和Vcom電壓偏移。利用該結果可一定程度上改善面板的顯示特性。

撓曲電效應;閃爍漂移;灰階電壓;灰階電壓對稱性;Vcom電壓

1 引 言

近些年來,顯示器件作為信息產業(yè)的重要組成部分,正在加速平板化進程。電視、電腦、移動電話等可攜帶式便攜設備及各類儀器儀表上顯示屏的廣泛應用,更加推動了顯示技術的進一步發(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,愈來愈占據(jù)顯示行業(yè)中的主導地位。

為了從各個方面提升TFT-LCD的顯示品質,業(yè)界研究了多種模式的液晶顯示器,其中高級超維場轉化技術(Advanced Super Dimension Switch,簡稱ADS)以其在大屏幕、高分辨率下的廣視角特點,可應用于各類高端顯示器件上,具有顯著的技術優(yōu)勢。

一般地,液晶顯示器在正常工作時,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,當正負極性電壓絕對值不等時,即出現(xiàn)閃爍(Flicker)現(xiàn)象。通常情況下,可通過調整特定Flicker畫面下的Vcom電壓,降低正負極性電壓的不對稱性,直至Flicker降至最小值,達到將閃爍現(xiàn)象最小化,提高觀看舒適度的目的。

然而對于ADS面板,無論初始時的Vcom電壓如何,當面板開始工作時,Flicker會隨時間不斷漂移,直至達到某一穩(wěn)定值。針對此現(xiàn)象,其他的企業(yè)已有類似的研究工作[1]。

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

撓曲電效應于1969年首次作為液晶分子的模擬壓電效應被提出[5],它是由于液晶分子在外加電場的情況下,偶極矩由于梯度形變從而發(fā)生的自發(fā)電極化現(xiàn)象。這種效應會對液晶面板內的液晶分子產生諸多影響[6]。同時根據(jù)此效應原理人們也開發(fā)出了很多應用,如應用在雙穩(wěn)態(tài)顯示技術中的撓曲電表面開關技術[7-9]。

本文基于撓曲電效應的理論,以實驗為基礎,分析了灰階電壓大小、灰階電壓對稱性對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 驗

2.1 樣品與儀器

實驗所用的樣品主要有三種,19″,21.5″與23.8″ADS模組各一個。

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

2.2 實驗過程

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

為了研究灰階電壓對稱性對Flicker漂移的影響,仍選用上述3款面板,分別調偏其某一灰階電壓,改變該灰階電壓對稱性,并測試該灰階下閃爍漂移情況,并與上述未調偏時的情況作對比。

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

在每次開始測試前,調整PCB上VR旋鈕至面板Flicker值最小,測量并記錄此時Vcom電壓值,記作Vcom1;當面板在所測試畫面的閃爍值達到穩(wěn)定后,再次調整PCB上VR旋鈕至面板Flicker最小,并記錄此時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變化即反映了測試前后面板內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 結果與討論

3.1 灰階電壓大小對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)撓曲電效應原理,在像素電壓外加電場的驅動下,液晶分子發(fā)生展曲/彎曲形變,導致其被極化,液晶盒內由此產生直流偏壓。

Ma和Cross等人在研究固體的撓曲電效應時,曾引入測量機械彎曲固體表面電荷的方式來分析撓曲電效應的強弱[10-14],相似地,我們在研究液晶面板內撓曲電效應時,可通過測試面板最小Flicker對應的Vcom電壓差來標定撓曲電效應的強弱。

由于ADS面板為常黑模式,高灰階即對應高的像素電壓。測試初始狀態(tài)時,面板的Vcom電壓調至面板Flicker評價畫面下最小值,認為正負幀極性像素電壓關于Vcom對稱性最佳,此時Vcom電壓記作Vcom1。如圖1所示,隨著測試進行,Flicker值逐漸升高,直至面板達到穩(wěn)定狀態(tài)。在這一過程中,Flicker值逐漸升高,說明面板內在逐漸積累直流偏壓,導致了實際面板的Vcom電壓發(fā)生偏移,正負幀不對稱性變大。而由于初始設定的Vcom使得面板正負幀對稱性很好,故在此過程中增加的閃爍應為液晶分子受像素電壓驅動,在撓曲電效應的作用下發(fā)生自極化作用產生的。

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間漂移的曲線。

圖1 不同產品各灰階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較快,終態(tài)穩(wěn)定時的閃爍值也相對較高。三款產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/彎曲形變而產生的極化也變強,面板內產生的直流殘余電壓升高,導致實際的Vcom偏移量變大,最終穩(wěn)定時的閃爍值也較大。這一現(xiàn)象說明撓曲電效應是隨著外界電壓增大而逐漸增強的。

在老化達到閃爍穩(wěn)定后,調整PCB上VR調節(jié)鈕,調節(jié)面板Vcom電壓,使面板閃爍重新達到最小值,此時記作Vcom電壓為Vcom2。計算前后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度。結果如表1所示。

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

表1結果顯示,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,面板的實際Vcom發(fā)生正向偏移導致。老化灰階越高,則Vcom電壓正向偏移量越大,即撓曲電效應產生的液晶分子自極化程度越強。

3.2 灰階電壓對稱性對閃爍漂移的影響

為了研究像素電壓對稱性對閃爍漂移的影響,對面板特定灰階的正/負幀電壓同時人為調偏,調偏的大小、方向均相同,此時,對于該灰階而言,相當于Vcom電壓被調偏,其余灰階的電壓對稱性仍保持不變。

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

表2 各產品灰階電壓調偏量Tab.2 Gray Level voltage shift for different samples

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

圖2 不同產品灰階電壓調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漂移量對比(灰階電壓調偏后)Tab.3 Vcomvoltage shift comparison for different samples after flicker pattern aging at different gray levels

面板點亮時閃爍變化過程中,不僅受到液晶極化時產生的偶極矩大小的影響,還受到初始狀態(tài)時的灰階電壓不對稱程度的影響。圖2體現(xiàn)了在同樣的液晶極化程度下(所選取的點亮畫面灰階相同),灰階電壓不對稱程度對閃爍漂移的影響。

圖2(a)中,19″ADS樣品被調整前,由于灰階電壓過高,撓曲電效應明顯,閃爍漂移程度較大, 當L255灰階正/負幀電壓同時正向調偏0.1 V,相當于Vcom電壓負向調偏0.1 V。面板點亮至穩(wěn)定態(tài)結束后,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稱性抵消了液晶自極化效應產生的直流壓差,因此圖中灰階電壓調偏后,閃爍漂移程度大大減小。

圖2(b)中,21.5″ADS樣品L255灰階正/負幀電壓同時正向調偏0.25 V,相當于Vcom電壓負向調偏0.25 V。面板點亮至穩(wěn)定態(tài)結束后,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))。說明灰階電壓不對稱性過大,不僅抵消了原來液晶自極化效應產生的直流壓差,同時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/負幀電壓被正向調偏0.10 V,相當于Vcom電壓被負向調偏0.1 V,面板點亮至穩(wěn)定態(tài)結束后,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),故面板點亮后Vcom漂移主要是電壓不對稱性造成的,調偏后閃爍漂移程度變大也是由于一開始L0灰階電壓的不對稱性過大造成的。

由此可知,有目的地調整灰階電壓關于Vcom電壓的對稱性,可在一定程度上改變由于ADS面板撓曲電效應產生的閃爍漂移程度及直流偏置大小,對于改善面板顯示特性有一定作用。

4 結 論

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

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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,高級研究員,主要從事LCD相關研發(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