LCD残像的基础知识

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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；