广色域、低功耗TFT-LCD在高温高湿运行测试时容易发生周边发粉不良, 严重影响器件的视觉效果。本文研究了不同成分的绿色色阻、有源层与平坦层材料制成的微型液晶盒与TFT-LCD在光照、高温与高湿环境中的透过率变化情况, 以及周边发粉的起始时间, 明确发粉不良的根本原因为绿色色阻中的非金属配合物分子结构的Y颜料, 且不良程度与产品边框、有源层与平坦层材料吸水率相关。通过使用高疏水性、高硬化度的绿色色阻材料与低吸水率的平坦层材料, 在不损失TFT-LCD透过率的前提下, 有效改善了TFT-LCD发粉不良, 实现a-Si产品高温高湿运行测试(THO)运行1 000 h以上, a-IGZO产品运行500 h以上不产生发粉不良, 并建立TFT-LCD显色核心的RGB色阻材料的成分管理基准, 搭建发粉不良的生产线与实验室评价体系。

众多广视角技术中，高级超维场转换技术(Advanced Super Dimension Switch,ADS)具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹(Push Mura)等优点。与垂直取向(Vertical Aligned, VA)模式相比，ADS模式存在对比度(Contrast Ratio,CR)偏低的问题。本文主要从设计及材料两个方面对ADS显示模式超高清(Ultra High Definition,UHD)产品对比度提升进行研究。与传统的产品相比较，在设计方面采用了高透像素设计，在提升L255亮度的同时，保证L0亮度不变; 同时开发了一种低散射液晶，降低L0亮度，明显改善对比度。将高透像素设计搭载55UHD 和49UHD ADS产品进行了实验验证，将低散射液晶搭载49UHD ADS产品进行了实验验证。结果表明，采用高透像素设计的面板与传统设计面板相比，对比度提升约8.3%; 采用高对比度液晶的面板的与传统设计面板相比，对比度约提升22%。二者共同作用，UHD产品对比度提升约30%。

手指滑动ADS(Advanced Super Dimension Switch)液晶面板的L255画面时, 由于按压导致的液晶分子形变和电场作用, 滑动位置亮度会降低, 表现为留下发暗的按压的痕迹。如果该痕迹在按压5 s后不能恢复, 我们称之为划痕Mura(Trace Mura)。本文通过对比5种不同像素设计的液晶面板的滑动按压实验的结果, 得到了像素电极设计、驱动电压对Trace Mura的影响; 进一步模拟分析液晶分子状态, 得到判断不同像素设计的Trace Mura风险的模拟方法。主要结论如下: 首先, 像素电极尾部设计对于Trace Mura改善方面, 弧角设计优于切角设计, 切角设计优于开口设计; 像素电极间距(Space)越小, Trace Mura风险越小。其次, Trace Mura需要在高灰阶电压下按压划动液晶面板才能发生; 而发生Trace Mura的液晶面板, 可以通过降低液晶面板的电压灰阶来消除按压痕迹。最后, 对比液晶分子状态模拟结果, 确认在电极末端的液晶分子方位角会发生突变(即向相反方向偏转), 模拟的突变角度在-15°以上, 预测有Trace Mura风险。

研究了TFT-LCD中像素电极与数据线之间的耦合电容(Cpd)对显示画质的影响, 分析了像素电极发生偏移后显示面板产生横纹不良的机理。研究结果表明, 像素电极发生偏移后, 数据线与左右两侧像素电极之间的Cpd耦合电容大小产生差异, 造成相邻行间的像素发生不同方向的电压跳变。实际观察结果显示, 当两行像素的亮度差异大于8个灰阶时, 即会出现明显可见的横纹不良。提出了一种横纹不良改善方案, 通过增加像素电极跨越数据线的条状设计结构, 利用二者之间的交叠电容变化来补偿耦合电容的变化。模拟结果显示, 当像素电极偏移1.2 μm时, 相邻行像素的亮度差异为6个灰阶, 无水平横纹不良的产生。新型像素结构的开口率无损失, 充电率满足产品设计要求, 表明此方案可应用于产品设计中。

大尺寸、高分辨率(4K: 3 840×2 160、8K: 7 680×4 320)、高透过率和高性价比是TV产品发展的主要方向。先进的超级多维场开关(ADS)双栅线4K阵列基板栅极(Gate on Array, GOA)产品是目前主流的TV产品之一, 因产品分辨率高和双栅线结构, 像素尺寸较小且开口率较低, 加之常规ADS双栅线像素结构在两个子像素中间的暗区较大, 导致面板透过率较低, 影响产品特性和竞争力。本文在常规ADS 双栅线像素结构基础上, 改变两层电极的功能, 使底层电极作为像素电极, 顶层电极作为公共电极, 同时顶层电极在两个子像素面内采用联通设计, 减小有效电场弱区和像素暗区, 提升像素光效和透过率。模拟和试验结果表明: 新型ADS 双栅线像素设计可以提升面板透过率约3%。且光学、电学、机械和信赖性等评价无问题, 可实际应用于产品, 提高产品价值和竞争力。

在面板设计中, 数据线负载较大会引起信号延迟时间长、源 IC温度过高、功耗上升等不利后果。随着面板尺寸增大以及分辨率升高, 数据线负载高造成的不良影响愈加严重。本文提出了一种倒置U型的像素TFT结构, 区别于传统的U型TFT设计, 将像素TFT的源极与漏极形状互换, 可以降低数据线与栅线的交叠面积, 进而降低数据线负载电容。将这种像素设计搭载23.6HD ADS产品进行了实验验证, 结果表明, 采用倒置U型TFT设计面板的光学参数与传统U型设计面板基本一致, 数据线负载电容下降24%, 功耗下降10%, 源IC温度下降7.1%。

随着高分辨率TFT-LCD HADS产品的开发, 一种与像素ITO图形密切相关、有明暗(黑白)亮度差异、不同视角观察下存在黑白反转现象的Mura不良高发。经过对不良产品的参数测量和模拟分析, 确定发生该不良的原因是在邻近区域内, 像素开口区内的像素电极ITO(1ITO)图形和公共电极ITO(2ITO)图形发生了不同程度的相对偏移, 电场分布存在差异, 因此亮度发生明显差异; 而且由于图形间的相对偏移导致电极间的电场发生偏移, 形成像素左右两侧的一侧为强电场, 一侧为弱电场, 因而会出现从一侧观察发亮而从另一侧观察发暗、左右视角观察的黑白反转现象。Mura区与相邻OK区1ITO2ITO 对位差异为0.5 μm。通过1ITO和2ITO的线宽设计优化, 可提高产品对此偏移不均一的容忍度。最终采用最佳1ITO、2ITO 线宽条件生产, 配合1ITO和2ITO共用设备及TP非线性补正等条件并举, 此不良由高发时的14.2%降至0.2%以下。本文研究成果对于高分辨率 HADS产品的设计和性能改善, 有着重要的指导和参考意义。

为了解决TFT-LCD的线残像不良，对信号线与公共电极之间的电压耦合的大小和影响因素进行了研究。利用金属熔接技术，测量了屏内公共电极电压在信号线电压作用下发生的耦合畸变的大小，并将其与线残像的严重程度进行了对比。同时通过对不同的影响因素，即版图设计、信号线电压及反转方式、TFT工艺流程、TFT膜质调整分别进行了研究和测试。结果显示信号线和公共电极及绝缘层构成了MIS结构的电容，电容容值的变化导致的公共电压耦合程度与线残像的严重程度呈现明显的对应关系。通过改变非晶硅半导体层的介电常数或者尺寸设计，可以减小信号线与公共电极间的寄生电容（包括信号线金属与公共电极线金属的交叠电容和信号线与像素公共电极间的侧向电容），降低公共电极电压的耦合程度，改善线残像不良。其中提高信号电压转换频率和用紫外光照射半导体层的改善效果最为明显，耦合电压分别下降了55%和62%，线残像的消失灰阶从L172或更高转变为低于L127。研究成果对于大尺寸、高分辨率、高亮度、低功耗的TFT-LCD产品的设计和性能改善，有着重要的指导和参考意义。

为了更好地进行大尺寸8K显示面板的技术开发与推广，本文系统性地分析了8K的市场容量，详细地阐述了8K产业链的核心环节、关键技术及主要参与者，并从行业的角度对面板技术开发和推广策略进行了思考。主要结论如下：大尺寸8K显示即将在2020年迎来爆发，预计出货2.425百万；内容拍摄、编码/解码、传输和显示是8K产业链中最核心的4个环节，各环节需要协同发展，共同推动8K产业走向成熟；各环节均有相关机构主导，技术标准基本完善，如用于编/解码的H.265、用于信号传输的ISDB-S3与HDMI 2.1、用于面板开发的BT.2020建议书等，而硬件发展相对滞后。基于此，结合客户需求，本文提出了高端8K面板的核心参数应包含real 8K、120 Hz、BT.2020色域、12 bit和高动态范围，并从行业的角度对8K的合作开发与推广策略进行了初步探讨。

针对于液晶显示器出现的侧视角发红不良, 本文从定性及定量角度进行机理分析。初步实验定性确定影响侧视角发红的主要因素为材料Rth和颜料颗粒分布。定量分析方面, 通过对Rth、膜层厚度、上偏振片偏振方向与主观察方向的夹角(A-UPMO)、透过光主波长4个方面的分析, 得到侧视角不良程度的理论计算公式。根据上述结论, 通过减小Rth, 减薄膜层厚度以及缩小A-UPMO可以有效改善不良程度。给出通常情况下, 新材料开发过程中Red/Green/Blue Rth的阈值分别为6.0 nm/5.4 nm/4.0 nm, 为未来新材料开发及不良改善提供有益的参考。