广视角技术
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Z 上板摩擦方向 检光
off
Φ
Y
Φ
off
θ Φ LC ƒÅ‰•空间 标 空间 空
X
偏光片 下板摩擦方向
Off/On statesƒ›视图 ƒ›视图 ƒ›
(θ:倾 角 ;Φ:扭转角 ) 倾 扭转角 扭转
Field Fringe Switching Mode原理-2
• FFS边缘电场分布：
Ey在像素电极边上位置极强,在电极中间 (pixel electrode center & slit center)极弱; Ez同时存在，极强点在电极中间,极弱点在像 素边缘;
Normal FFS Pixel Brightness 165nits Contrast Ratio 450:1
A'
A B B'
设计 (A1 = 46.5µm, B(BM) = 22µm), A (…^ 宽 = 42.5 µm) …^ A’ = A + D=46.5 µm, B’(BM)=18µm
10.4” XGA with PCF polarizer 较
Common electrode
Glass l’
Cst
FFS ≤1 ≤1 Ey,Ez(边缘电场） 边缘电场） 边缘电场 Box/Slit ITO
Fringe Field Switching Mode原理-1
• 上下偏振片相互垂直;下偏振片光透过方向平行于下板的摩擦方向(E mode),上下取 向膜摩擦方向相反;液晶分子在取向膜平面上排向(预倾角2~3°,摩擦角0°);
• •
阵列工艺流程 盒工艺流程
2.3实验室基本测试手段 2.3实验室基本测试手段 • 显微镜 • 电学性能测试 • 盒光学性能测试 • 画面评价系统 2.4不良分析和改善 2.4不良分析和改善 • Image sticking • Flicker • DNU • Gray trace • Rubbing mura • PS mura • Pixel defect • Line defect
FFS 广视角原因
• •
交叉串扰定义:
交叉串扰
不应该参加显示的电子信号影响到显示画面,画面出现失真现象.
FFS cross talk 测试图形和测试方法:
在L31灰度图案下,屏中心位置为L255最大亮度图案,左右两侧,上下两侧与周围L31亮度不同.
L31
YVa
L31
YVb
L255
YHa
L255
YHb
IPS和FFS比较
• • 电场分布:
电极分布不同,电场方向不同(平面电场 vs 边缘电场),电场有效面积不同
FFS(Cst)>>IPS(Cst)
FFS Cst由1st ITO & 2nd ITO组成.1st ITO是Box形状,面积大. 因此 FFS产品只能采 用Cst on common方式.
IPS
•
不加电压:
液晶分子与下偏光板的透过轴平行存在,通过下偏光板的光的偏光状态不变 所以不能通过上偏光板的透过轴⇒ 常黑模式
•
加电压:
当电压超过门槛值Vth,正性液晶分子沿着电场方向排列 ⇒扭转变形 ⇒透光 IPS/FFS 光透过率公式: T = Tosin2(2Φ)sin2(πdΔn/λ) To平行偏振片所透过的光,d盒厚, Δn折射率各向异性,λ波长 扭转角度 (Φ):下偏振片透光方向和LC光轴间的角
FFS技术发展- 2 FFS技术发展技术发展
AFFS 技术先进像素概念介绍 (one pixel rule)
目的:消除像素边缘由于楔形变形引起的暗态区域. 重要参数 : 物理性能 (BM/OC/LC的R, ε, n), 电场方向和强度,像素形状, 控制楔形变形, 像素边缘电场方向 Version I : 改进像素边缘的LC扭转排列,提高亮度和对比度 Version II : 优化像素-黑矩阵-数据线间的电动力学,减低黑矩阵尺寸，提高开口率
四、 CPA（Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火 状排列）模式广视角技术（软屏），CPA模式广视角技术 严格来说也属于VA阵营的一员。各液晶分子朝着中心电 极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续 变化的，所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列” 模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推，这里需要注意 的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广 视角技术，它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术 的产品统称为ASV。其实只有CPA模式才是夏普自己创导 的广视角技术，该模式的产品与MVA和PVA基本相当。也 就是说，夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产 的CPA模式液晶面板，它有可能采用台湾厂家的VA模式面 板或者其他厂家的液晶面板。
暗态区域
来FFS (L255)
(Brightness < 165nits, CR 450:1)
Advanced FFS (L255)
(Brightness 191nits, CR 700:1)
BM LC 倾 Di sclination
边缘暗区
A1
Data line Disclination没 没 像素暗区 AFFS: 2nd ITO Slit edge形状变化 形状变化,1st ITO CD &2nd I 形状变化 TO CD变化 数据线侧 宽度降低 变化,数据线侧 变化 数据线侧BM宽度降低 D : ~4μm
二、IPS（In Plane Switching平面控制模式）广视角技术（硬屏） 的最大卖点就是它的两极都在同一个面上，而不象其它液晶模式的 电极是在上下两面，立体排列。由于电极在同一平面上，不管在何 种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，会使开口率降低，减少透光 率，所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯。它所还原的黑色 要比PVA稍差，因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色；IPS 模式的液晶显示器还有一个特性就是在斜45度角上观察的话会看到 有类似TN模式那样的灰阶逆转现象，可以作为判别IPS的标志。IPS 也有响应时间较慢和对比度较难提高的缺点。（S-IPS、AS-IPS是IPS 技术的改良型）
A1
A2
A3
扭转角
倾斜角
+LC光轴方向在盒内随着y轴变化情况(d=3µm)
Fringe Field Switching Mode原理-3
随时间变化的光透过率 时间
Disclination lines LC分子旋转情况
Cell Array
Electrode edge Electrode center Slit center
3. 相邻液晶分子间的 弹性力
FFS 技术发展- 1 技术发展FFS专利 : 1996年 FFS 首次引进市场: 1999 宽视角, ⇒ 边缘电场技术(FFS): 宽视角,高光透过率 ⇒ 一开始用负性液晶 (-Δε): 15.0” XGA 优点: 光效率高((因为负性液晶在边缘电场下都是在水平平面上排列) 缺点:响应速度慢 (因为负性液晶旋转粘性高),存在色偏(由于单畴结构),驱动电压高, 残余直流电压高,残像严重,价格贵 开发正性液晶(+Δε): 18.1” SXGA, 21.3” UXGA, 15.0” XGA 优点:响应速度快,驱动电压低,饱和电压低,残余直流电压低,价格便宜 缺点:光效率低(因为正性液晶在边缘电场作用下有可能倾斜排列) ⇒ Ultra-FFS TFT-LCD : 双畴像素结构解决了色偏问题 通过电动力学优化研制出先进FFS技术(AFFS) :高亮度,真彩色,超宽视角 高亮度,真彩色, 高亮度 ⇒ AFFS技术系列品牌:2003年9月 AFFS技术系列品牌
8 7
Transmittance (% )
6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FFS IPS TN
12.1” SVGAq 光 可达 TN-LCD 90%, 远 IPS-LCD
Voltage (V)
•
贴光补偿膜(TN+WV film);多畴结构(MVA,ASV)
扩大视角的方法
L31
L255
Cross-talk check pattern L0
…‚•® cross-talk
目录
1. FFS 技术
1.1FFS 模式工作原理 1.2FFS 技术发展 1.3FFS 特性
• • • • • •
高透光Βιβλιοθήκη Baidu 宽视角 无色偏 交叉串扰小 响应速度快 低功耗
1.4FFS 1+5 mask 工艺流程
2.FFS Process Integration 2.1简介
2.2跟踪FFS开发产品
Off state On state TA Glass d E Off state
FFS
On state TA Glass x y z
Common electrode
Glass w l
l/d l/w Field Electrodes
Pixel electrode IPS >1 >1 Ey(平面电场 平面电场) 平面电场 Slit Metal/ITO
Direction dependence of LCD
Compensation by optical film
Compensation by Domain division
compensation film
LC cell
LC cell
LC cell
FFS系列产品的 LC分子主要在水平平面旋转,从各个方向上看来,光程差变化 不大, 透光率差异小.尤其是UFFS系列产品,两畴结构使视角达到80度以上.
Pixel electrode Counter electrode 模拟LC在加电压时排列情况
• 影响液晶光轴方向的因素: 1.取向膜摩擦的锚定力
2.液晶光轴和外加电场间的作用力 (关态) 恢复力 关态)
开态) (开态) 扭转变形 介电扭矩N=∆ε*sin2α*E2 (其中α摩擦方向与水平电场间夹角，E电场强度，∆ε介电常数各向异性)
Ey Ez A1 A2 A3
•
FFS扭转角和倾斜角分布:
扭转角最大值在电极边缘底表面附近,在电极 中间位置扭转角只有20~30°; 倾斜角最大可达20~30°;
•
FFS透光率随电极位置变化:
光透过率在电极边缘处最大,在电极边缘 位 置光透过率极小,呈现disclination lines.
A1
A2
A3
一、 TN+Film视角扩展膜（软屏）这种技术依然基于传统的TN模式液 晶，只是在制造过程中增加了一道贴膜工艺。TN+Film广角技术最大的 特点就是价格低廉，技术准入门槛低，应用广泛。总的来说，TN面板 是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，输出灰阶级数较少，液晶 分子偏转速度快，致使其响应时间容易提高，使其响应时间能满足游 戏要求是它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实是其明显 的劣势。因此现在市场中所出售的采用TN面板的液晶显示器普遍采用 改良型的TN+FILM(补偿膜)用于弥补TN面板可视角度方面的不足，同时 色彩抖动技术的使用也使得原本只能显示26万色的TN面板获得了 16.2M的显示能力。
1、 MVA（Multi-domain Vertical Alignment） （软屏）模式的液晶显示器，其液晶分子长 轴在未加电时不像TN模式那样平行于屏幕， 而是垂直于屏幕，并且每个像素都是由多个 这种垂直取向的液晶分子组成。
2、 PVA（Patterned Vertical Alignment，垂直取向构型）广视角技术 （软屏），PVA广视角技术同样属于VA技术的范畴，实际上它跟MVA 极其相似，可以说是MVA的一种变形。PVA采用透明的ITO电极代替 MVA中的液晶层凸起物，透明电极可以获得更好的开口率，最大限度 减少背光源的浪费。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可 能性，在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。 三星主推的PVA模式广视角技术，由于其强大的产能和稳定的质量控 制体系，被日美厂商广泛采用。目前，该技术广泛应用于中高端液晶 电视中。（S-PVA是PVA技术的改良型）
•
AFFS亮度高于IPS,可达TN-LCD的95%
高透光率
– 透光率可提高到TN的90%: FFS LC分子受边缘电场作用,在电极中间发生扭转变形,透光面积大于IPS 改变各种参数(电极宽度/间隔,盒厚,液晶特性,摩擦角,slit angel 等) – 开口率可增大到70%: 优化像素电极楔型形状,消除数据线/像素电极间的漏光,缩短数据线侧BM宽度 至20/18/16µm
off
Φ
Y
Φ
off
θ Φ LC ƒÅ‰•空间 标 空间 空
X
偏光片 下板摩擦方向
Off/On statesƒ›视图 ƒ›视图 ƒ›
(θ:倾 角 ;Φ:扭转角 ) 倾 扭转角 扭转
Field Fringe Switching Mode原理-2
• FFS边缘电场分布：
Ey在像素电极边上位置极强,在电极中间 (pixel electrode center & slit center)极弱; Ez同时存在，极强点在电极中间,极弱点在像 素边缘;
Normal FFS Pixel Brightness 165nits Contrast Ratio 450:1
A'
A B B'
设计 (A1 = 46.5µm, B(BM) = 22µm), A (…^ 宽 = 42.5 µm) …^ A’ = A + D=46.5 µm, B’(BM)=18µm
10.4” XGA with PCF polarizer 较
Common electrode
Glass l’
Cst
FFS ≤1 ≤1 Ey,Ez(边缘电场） 边缘电场） 边缘电场 Box/Slit ITO
Fringe Field Switching Mode原理-1
• 上下偏振片相互垂直;下偏振片光透过方向平行于下板的摩擦方向(E mode),上下取 向膜摩擦方向相反;液晶分子在取向膜平面上排向(预倾角2~3°,摩擦角0°);
• •
阵列工艺流程 盒工艺流程
2.3实验室基本测试手段 2.3实验室基本测试手段 • 显微镜 • 电学性能测试 • 盒光学性能测试 • 画面评价系统 2.4不良分析和改善 2.4不良分析和改善 • Image sticking • Flicker • DNU • Gray trace • Rubbing mura • PS mura • Pixel defect • Line defect
FFS 广视角原因
• •
交叉串扰定义:
交叉串扰
不应该参加显示的电子信号影响到显示画面,画面出现失真现象.
FFS cross talk 测试图形和测试方法:
在L31灰度图案下,屏中心位置为L255最大亮度图案,左右两侧,上下两侧与周围L31亮度不同.
L31
YVa
L31
YVb
L255
YHa
L255
YHb
IPS和FFS比较
• • 电场分布:
电极分布不同,电场方向不同(平面电场 vs 边缘电场),电场有效面积不同
FFS(Cst)>>IPS(Cst)
FFS Cst由1st ITO & 2nd ITO组成.1st ITO是Box形状,面积大. 因此 FFS产品只能采 用Cst on common方式.
IPS
•
不加电压:
液晶分子与下偏光板的透过轴平行存在,通过下偏光板的光的偏光状态不变 所以不能通过上偏光板的透过轴⇒ 常黑模式
•
加电压:
当电压超过门槛值Vth,正性液晶分子沿着电场方向排列 ⇒扭转变形 ⇒透光 IPS/FFS 光透过率公式: T = Tosin2(2Φ)sin2(πdΔn/λ) To平行偏振片所透过的光,d盒厚, Δn折射率各向异性,λ波长 扭转角度 (Φ):下偏振片透光方向和LC光轴间的角
FFS技术发展- 2 FFS技术发展技术发展
AFFS 技术先进像素概念介绍 (one pixel rule)
目的:消除像素边缘由于楔形变形引起的暗态区域. 重要参数 : 物理性能 (BM/OC/LC的R, ε, n), 电场方向和强度,像素形状, 控制楔形变形, 像素边缘电场方向 Version I : 改进像素边缘的LC扭转排列,提高亮度和对比度 Version II : 优化像素-黑矩阵-数据线间的电动力学,减低黑矩阵尺寸，提高开口率
四、 CPA（Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火 状排列）模式广视角技术（软屏），CPA模式广视角技术 严格来说也属于VA阵营的一员。各液晶分子朝着中心电 极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续 变化的，所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列” 模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推，这里需要注意 的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广 视角技术，它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术 的产品统称为ASV。其实只有CPA模式才是夏普自己创导 的广视角技术，该模式的产品与MVA和PVA基本相当。也 就是说，夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产 的CPA模式液晶面板，它有可能采用台湾厂家的VA模式面 板或者其他厂家的液晶面板。
暗态区域
来FFS (L255)
(Brightness < 165nits, CR 450:1)
Advanced FFS (L255)
(Brightness 191nits, CR 700:1)
BM LC 倾 Di sclination
边缘暗区
A1
Data line Disclination没 没 像素暗区 AFFS: 2nd ITO Slit edge形状变化 形状变化,1st ITO CD &2nd I 形状变化 TO CD变化 数据线侧 宽度降低 变化,数据线侧 变化 数据线侧BM宽度降低 D : ~4μm
二、IPS（In Plane Switching平面控制模式）广视角技术（硬屏） 的最大卖点就是它的两极都在同一个面上，而不象其它液晶模式的 电极是在上下两面，立体排列。由于电极在同一平面上，不管在何 种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，会使开口率降低，减少透光 率，所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯。它所还原的黑色 要比PVA稍差，因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色；IPS 模式的液晶显示器还有一个特性就是在斜45度角上观察的话会看到 有类似TN模式那样的灰阶逆转现象，可以作为判别IPS的标志。IPS 也有响应时间较慢和对比度较难提高的缺点。（S-IPS、AS-IPS是IPS 技术的改良型）
A1
A2
A3
扭转角
倾斜角
+LC光轴方向在盒内随着y轴变化情况(d=3µm)
Fringe Field Switching Mode原理-3
随时间变化的光透过率 时间
Disclination lines LC分子旋转情况
Cell Array
Electrode edge Electrode center Slit center
3. 相邻液晶分子间的 弹性力
FFS 技术发展- 1 技术发展FFS专利 : 1996年 FFS 首次引进市场: 1999 宽视角, ⇒ 边缘电场技术(FFS): 宽视角,高光透过率 ⇒ 一开始用负性液晶 (-Δε): 15.0” XGA 优点: 光效率高((因为负性液晶在边缘电场下都是在水平平面上排列) 缺点:响应速度慢 (因为负性液晶旋转粘性高),存在色偏(由于单畴结构),驱动电压高, 残余直流电压高,残像严重,价格贵 开发正性液晶(+Δε): 18.1” SXGA, 21.3” UXGA, 15.0” XGA 优点:响应速度快,驱动电压低,饱和电压低,残余直流电压低,价格便宜 缺点:光效率低(因为正性液晶在边缘电场作用下有可能倾斜排列) ⇒ Ultra-FFS TFT-LCD : 双畴像素结构解决了色偏问题 通过电动力学优化研制出先进FFS技术(AFFS) :高亮度,真彩色,超宽视角 高亮度,真彩色, 高亮度 ⇒ AFFS技术系列品牌:2003年9月 AFFS技术系列品牌
8 7
Transmittance (% )
6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FFS IPS TN
12.1” SVGAq 光 可达 TN-LCD 90%, 远 IPS-LCD
Voltage (V)
•
贴光补偿膜(TN+WV film);多畴结构(MVA,ASV)
扩大视角的方法
L31
L255
Cross-talk check pattern L0
…‚•® cross-talk
目录
1. FFS 技术
1.1FFS 模式工作原理 1.2FFS 技术发展 1.3FFS 特性
• • • • • •
高透光Βιβλιοθήκη Baidu 宽视角 无色偏 交叉串扰小 响应速度快 低功耗
1.4FFS 1+5 mask 工艺流程
2.FFS Process Integration 2.1简介
2.2跟踪FFS开发产品
Off state On state TA Glass d E Off state
FFS
On state TA Glass x y z
Common electrode
Glass w l
l/d l/w Field Electrodes
Pixel electrode IPS >1 >1 Ey(平面电场 平面电场) 平面电场 Slit Metal/ITO
Direction dependence of LCD
Compensation by optical film
Compensation by Domain division
compensation film
LC cell
LC cell
LC cell
FFS系列产品的 LC分子主要在水平平面旋转,从各个方向上看来,光程差变化 不大, 透光率差异小.尤其是UFFS系列产品,两畴结构使视角达到80度以上.
Pixel electrode Counter electrode 模拟LC在加电压时排列情况
• 影响液晶光轴方向的因素: 1.取向膜摩擦的锚定力
2.液晶光轴和外加电场间的作用力 (关态) 恢复力 关态)
开态) (开态) 扭转变形 介电扭矩N=∆ε*sin2α*E2 (其中α摩擦方向与水平电场间夹角，E电场强度，∆ε介电常数各向异性)
Ey Ez A1 A2 A3
•
FFS扭转角和倾斜角分布:
扭转角最大值在电极边缘底表面附近,在电极 中间位置扭转角只有20~30°; 倾斜角最大可达20~30°;
•
FFS透光率随电极位置变化:
光透过率在电极边缘处最大,在电极边缘 位 置光透过率极小,呈现disclination lines.
A1
A2
A3
一、 TN+Film视角扩展膜（软屏）这种技术依然基于传统的TN模式液 晶，只是在制造过程中增加了一道贴膜工艺。TN+Film广角技术最大的 特点就是价格低廉，技术准入门槛低，应用广泛。总的来说，TN面板 是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，输出灰阶级数较少，液晶 分子偏转速度快，致使其响应时间容易提高，使其响应时间能满足游 戏要求是它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实是其明显 的劣势。因此现在市场中所出售的采用TN面板的液晶显示器普遍采用 改良型的TN+FILM(补偿膜)用于弥补TN面板可视角度方面的不足，同时 色彩抖动技术的使用也使得原本只能显示26万色的TN面板获得了 16.2M的显示能力。
1、 MVA（Multi-domain Vertical Alignment） （软屏）模式的液晶显示器，其液晶分子长 轴在未加电时不像TN模式那样平行于屏幕， 而是垂直于屏幕，并且每个像素都是由多个 这种垂直取向的液晶分子组成。
2、 PVA（Patterned Vertical Alignment，垂直取向构型）广视角技术 （软屏），PVA广视角技术同样属于VA技术的范畴，实际上它跟MVA 极其相似，可以说是MVA的一种变形。PVA采用透明的ITO电极代替 MVA中的液晶层凸起物，透明电极可以获得更好的开口率，最大限度 减少背光源的浪费。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可 能性，在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。 三星主推的PVA模式广视角技术，由于其强大的产能和稳定的质量控 制体系，被日美厂商广泛采用。目前，该技术广泛应用于中高端液晶 电视中。（S-PVA是PVA技术的改良型）
•
AFFS亮度高于IPS,可达TN-LCD的95%
高透光率
– 透光率可提高到TN的90%: FFS LC分子受边缘电场作用,在电极中间发生扭转变形,透光面积大于IPS 改变各种参数(电极宽度/间隔,盒厚,液晶特性,摩擦角,slit angel 等) – 开口率可增大到70%: 优化像素电极楔型形状,消除数据线/像素电极间的漏光,缩短数据线侧BM宽度 至20/18/16µm