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1、Change life with heartIPS（In-Place Switching）和FFS (Fringe Field Switching)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 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23,摩擦角0); 不加电压电压 :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
2、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(2)sin2(dn/) To平行偏振片所透过的光,d盒厚, n 折射率各向异性,波长扭转角度 ():下偏振片透光方向和LC光轴间的角XYZLC 分子空间间坐标标(:倾倾斜角度;:扭转转角度)offoffonon偏光片检检光片下板摩擦方向上板摩擦方向Off/On states俯视图视图Change life with heartField Fringe Switching Mode原理-2FFS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 Ez同时存在，
3、极强点在电极中间,极弱点在像 素边缘; 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2030;倾斜角最大可达2030; 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.EyEzA1A2A1A2A3A3A1A2A3扭转角倾斜角 +LC光轴方向在盒内随着y轴变化情况 (d=3m)Change life with heartFringe Field Switching Mode原理-3(开态) 扭转变形Counter electrodePixel electrode时间模拟LC在
4、加电压时排列情况ArrayCell随时间变化的光透过率Disclination linesElectrode edgeElectrode centerSlit center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介电扭矩N=*sin2*E2 (其中摩擦方向与水平电场间夹角，E电场强度，介电常数各向异性)3. 相邻液晶分子间的 弹性力LC分子旋转情况(关态) 恢复力Change life with heart FFS专利 : 1996年 FFS 首次引进市场: 1999 边缘电场技术(FFS): 宽视角,高光透过率 一开始用负性液晶 (-): 15.0” X
5、GA 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(+): 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 AFFS技术系列品牌:2003年9月FFS 技术
6、发展- 1Change life with heartData lineFFS技术发展- 2AFFS 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, , 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，提高开口率设计设计 (A1 = 46.5m, B(BM) = 22m), A (有效宽宽度 = 42.5 m) A = A
7、+ D=46.5 m, B(BM)=18mNormal FFS Pixel Brightness 165nits Contrast Ratio 450:1B原来FFS (L255) (Brightness no,n=ne-no0正性液晶双折射现象Change life with heart扩大视角的方法贴光补偿膜(TN+WV film);多畴结构(MVA,ASV)Direction dependence of LCDLC cellLC cellLC cellCompensation by optical filmCompensation by Domain divisioncompensati
8、on filmChange life with heartFFS 广视角原因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.Change life with heartFFS (+LC)U-FFS (+LC)广视角高对比度CR = 100:1上下左右视角超过 70o CR 10:1 所有方向可达到视角 80o以上(AUFFS)Change life with heartColor shift 色偏色偏是指随着视角变化,光的色度发生异常. 原因:随着视角变化,LC分子dn发生变化,与LC分子
9、在电场作用下的旋转方向有关. 视视角 n 光程差(dn) 透过光波长范围 平行与LC分子光轴方向时,n=0垂直与LC分子光轴方向时,n达到最大值 对于一定相位延迟= 2(dn)/,透过光波长范围波动与光程差波动一致. 平行与LC分子光轴方向时, 色偏蓝.垂直与LC分子光轴方向时, 色偏黄. 解决办法: 两畴像素结构(UFFS)既提高视角又减小色偏YellowishBluishBackLightLCLC在电场作 用下旋转Change life with heart色偏最小化- Wedge Shape of Pixel Electrode电场方向Common Line旋转方向检光片 两畴结构使得液
10、晶分子在每个像素区 内有两个相反的旋转方向.因此,每个像 素分为两个视角不同的区域.色偏被有 效的弥补了.n1(/)+n2()=n2(/)+n1()Pixel structure of U-FFS (2-Domain)偏光片Change life with heartColor shift at white18.1” U-FFS15” Sharp ASV21.3” Samsung PVA15” FFS17” Fujitsu MVAColor变变化宽宽 18.1” LG IPS 色偏测量:在L255白光 点灯条件下, 视角变化时色 坐标(x,y)变化 . 与其它显示 模式相比: U -FFS几乎
11、没有 色偏.Change life with heart交叉串扰交叉串扰定义: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.L0YHbL31L255Cross-talk check pattern水平 cross-talk垂直 cross-talkL255L255L31YHaL31L255L255YVaYVb水平Cross-talk (%) = |YHa - YHb | / YHa X 100 垂直Cross-talk (%) = |YV
12、a - YVb | / YVa X 100 TFT-LCD cross talk要求小于2%, FFS-LCD cross talk一般小于1%。Change life with heart交叉串扰 交叉串扰原因: 水平方向:高Gate Gate line C/F 侧 Common delay 高 ; TFT TFT Ioff 漏电流高; S/D line 电阻高; TFT & C/F 对位 Misalign 高举例说明FFS交叉串扰: L255图形下,FFS +LC电容最大,水平方向的Gate/ Common line的RC delay加大,影响到 水平方向上的像素电压/液晶电压变小,发暗.
13、同时L255图案所加信号电压最强,由于数据 线和像素间的耦合电容作用,影响到垂直方向上的像素电压加大,发亮. 交叉串扰对策:水平方向: 降低Gate line配线电阻 降低Common line配线电阻 采用点反转驱动 盒对位精度控制 垂直方向: 采用点反转驱动 拓宽S/D和像素间距 盒对位精度控制Change life with heart交叉串扰FFS交叉串扰小是因为FFS Cst大引起耦合作用减小.尤其是在垂直方向上,数据线和像素 间电场方向与摩擦方向一致,耦合电容引起的噪音电压不改变液晶分子排列状态,始终呈 暗态,因此画面亮度不变,交叉串扰消失.但在水平Gate方向上仍有交叉串扰.所以
14、数据线 侧的BM可以缩短到18/16m,但栅线侧的BM仍然为51.5m.Source Bus-LineVp = (Cdp/CT) VsCT (IPS) = Cst + CLC + Cgs Vp (FFS) Crosstalk下降Common Electrode TFT GlassC/F GlassPixel ElectrodeCommon Electrode TFT GlassC/F GlassPixel ElectrodeSource Bus-LineEffective EEffective ENoise FieldNoise FieldChange life with heart响应速度快
15、和低功耗响应时间T是指上升时间Tr (10%透光率的画面转换成90%透光率所需时间)加下降时间 Tf(90%透光率的画面转换成10%透光率所需时间).提高响应速度的方法: 外加电压提高(ODC),电场强度增加,上升时间降低 盒厚减小,上下取向膜的锚定力效果明显,下降时间降低 液晶低粘性,阻碍相邻液晶运动的作用力减小,响应时间降低 AFFS 正性液晶粘度低,介电常数各向异性大,盒厚d=4m, 响应速度可达到25ms,甚至16ms.Trd2/(V2-Vth2Tfd2/(Vth2)AFFS产品的驱动电压Vth低,饱和电压Vop低,功耗低IPS/FFS公式 : Vth=l/d*(k22/0*)1/2AFFS技术中l/d值小(l/d1),+LC 绝对值 大,因此驱动电压 低. 饱和电压(光透过率达最大值时的信号电压)Vop与3成反比, AFFS技术中+LC 绝 对值大 而且对于AFFS技术,如果电压过高时,液晶分子很容易发生倾斜,透光率反而降低,AFFS技术的饱和电压低于IPS的饱和电压.
