配向膜對LCD對比度的影響

王 丹，馬國靖，任錦宇，徐長健，宋勇志，袁劍峰，邵喜斌

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京100176）

1 引 言

隨著液晶顯示器（LCD）面板制造業(yè)的日趨成熟，競爭也越發(fā)激烈。面板廠商對其產(chǎn)品的品質(zhì)要求也越來越高［1－2］。ADS（Advanced Super Dimension Switch）顯示技術(shù)是京東方自主創(chuàng)新的以平面寬視角技術(shù)為代表的核心技術(shù)——高級超維場轉(zhuǎn)換技術(shù)，是FFS技術(shù)的延伸和改進，具有更高的透過率，更好的性能和更低的成本。

液晶顯示器的主要參數(shù)為分辨率、色域、透過率與對比度等。對比度對視覺效果的影響非常關(guān)鍵，一般來說對比度越大，圖像越清晰醒目，色彩也越鮮明艷麗。本文從取向膜材料方面提高對比度進行了試驗測試，取得了良好結(jié)果。對比度的定義為在暗室中，白色畫面（最亮?xí)r）下的亮度除以黑色畫面（最暗時）下的亮度。根據(jù)對比度的計算方法，提高對比度的方法主要有2種，一是提高白色畫面的亮度，使其更亮；二是降低黑色畫面的亮度，使其更黑。由于ADS模式顯示器為常黑顯示模式，初始狀態(tài)的液晶分子的長軸方向平行于顯示屏表面［3］，其排列有序性則至關(guān)重要。取向膜的主要作用是提供液晶預(yù)傾角，使得液晶初始狀態(tài)的排列呈現(xiàn)一定規(guī)律［4］。

2 實驗部分

2.1 材料的選取

為了從取向膜材料方面著手改善液晶面板的對比度，向廠商邀請了以下2 種不同取向膜（Polyimide，PI）：樣品A（日本A 社提供）、樣品B（日本B 社提供）。摩擦布、液晶、封框膠均使用京東方顯示的量產(chǎn)品。其中樣品A 為普通聚酰胺酸型（Polyamic acid，PAA）PI液，通過加熱催化形成取向膜；樣品B在普通聚酰胺酸型PI液的基礎(chǔ)上加入了能夠固定液晶分子的側(cè)鏈，加強了對液晶分子的控制力，如圖1所示。

圖1 PI側(cè)鏈示意圖Fig.1 Side chain

2.2 試驗平臺選取與制作

在32in（1in＝2.54cm）ADS模式TV 樣品上進行測試，其分辨率為高清HD，1 366×768。首先取向?qū)覲I膜厚選用120nm，涂覆設(shè)備為噴墨打?。↖nkjet Printing）；圖2 為PI涂覆設(shè)備示意圖，表1為實際涂覆數(shù)據(jù)。

圖2 取向?qū)油扛苍O(shè)備示意圖Fig.2 PI printer

表1 PI液厚度Tab.1 PI thickness

摩擦布（Rubbing Cloth）使用韓國廠家Hyper flex，壓入量為0.4mm；液晶選用德國Merck，相對折射率Δn 為0.097；封框膠由積水提供。對盒后的玻璃基板進行綁定模組組裝，用于實驗評價。

2.3 測試項目

針對對比度所需數(shù)據(jù)，測試了關(guān)鍵的光學(xué)參數(shù)：盒厚（Cell Gap）、扭曲角（Twist Angle）、預(yù)傾角（Pre－tilt Angle，TBA）、電壓透過率曲線等。

3 結(jié)果與討論

在保持其他制作條件不變的情況下，對比了兩款不同性質(zhì)的PI液所制成的32in ADS模組。由于PI液樣品B中添加了能夠增強配向力的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，所以在相同的工藝條件下，得到了較好的預(yù)傾角。ADS顯示模式中，液晶分子初始狀態(tài)排列方向為平行于顯示器玻璃基板；液晶分子的預(yù)傾角越小表明配向膜對液晶分子的控制力越強。如表2所示。

表2 預(yù)傾角數(shù)據(jù)Tab.2 Pre－tilt angle data

樣品A 和樣品B 的PI膜厚均在120nm 左右，如表1。表3 表示了盒厚的均一性。厚度差異在摩擦條件相同的條件下，對比了扭曲角的差異，如表4。

表3 盒厚數(shù)據(jù)Tab.3 Cell gap date

表4 扭曲角數(shù)據(jù)Tab.4 Twist angle data

對2種樣品的預(yù)傾角數(shù)據(jù)進行了對比，發(fā)現(xiàn)樣品A 的預(yù)傾角要比樣品B的大1.2°左右；在預(yù)傾角均一性方面，樣品B也要優(yōu)于樣品A。這些結(jié)果表明PI液樣品B中添加的側(cè)鏈在預(yù)傾角的控制上和均一性上起到了關(guān)鍵的作用。如圖3所示。

圖3 樣品預(yù)傾角對比圖Fig.3 Comparison of samples’TBA

在做完以上測試后，使用相同的實驗環(huán)境與設(shè)備進行了顯示特性的電學(xué)調(diào)整（Gamma tuning），將人眼感覺與顯示亮度之間關(guān)系曲線符合大腦的感知需求。調(diào)整Gamma曲線在最佳狀態(tài)時的兩種PI液的亮度值如表5。其中Lumi－min代表最小亮度，Lumi－max為最高亮度，CR 為對比度。對比度的計算公式為Lumi－max／Lumimin，以此得出兩種不同PI液制成的樣品的對比度值。

表5 對比度數(shù)據(jù)Tab.5 Contrast ratio data

從表5 中可以看出，樣品B 的最小亮度0.274cd／m2要小于樣品A 的0.328cd／m2；亮度越小，表明液晶面板的暗態(tài)畫面越好。而對比度的計算公式中，Lumi－max／Lumi－min，最小亮度Lumi－min處 在 分 母 位 置，即Lumi－min 越 小，對比度會越高，樣品B 的對比度要高于樣品A。而這兩種樣品的制作工藝條件完全相同，只是取向膜材料的選取不同。樣品B和樣品A 都是PAA 型取向液，通過加熱發(fā)生聚合形成PI取向?qū)樱欢咧g的區(qū)別正是樣品B中加入側(cè)鏈，使得其對液晶分子的控制能力增強，對預(yù)傾角的控制和均一性上取得很好的效果，從而獲得了較高的對比度。

4 結(jié) 論

本文利用32in ADS 顯示模式液晶顯示器作為研究平臺，從理論和實驗上都證明了，通過降低和優(yōu)化聚酰亞胺取向?qū)硬牧系娜∠蛐院腿∠虻木恍钥梢蕴岣咭壕э@示器的對比度。向取向膜材料中添加側(cè)鏈的方法不僅能夠獲得較低的預(yù)傾角（ADS顯示模式中），而且液晶分子的排列有序性也大大增強。

在實驗過程中利用實驗室與產(chǎn)線進行了實際測試，通過對比不同性質(zhì)的取向材料所制作的平面電場寬視角（ADS）模式液晶面板，得出配向能力越高的取向材料得到的面板對比度越高。利用高配向力的取向?qū)涌梢允挂壕Х肿拥呐帕懈佑行颍诔：谀Ｊ降腁DS顯示器中，初始位置的液晶分子預(yù)傾角越低，液晶面板的暗態(tài)越好，在亮態(tài)相同的情況下，對比度將會提高。使得顯示器暗態(tài)亮度盡量小的方法主要是通過調(diào)節(jié)偏關(guān)片的光軸和液晶的初始位置相一致；而PI膜的作用正是控制液晶分子在面板內(nèi)表面的初始狀態(tài)—預(yù)傾角。實驗數(shù)據(jù)表明PI膜對液晶分子的控制能力越強，預(yù)傾角越小，即會得到更好的暗態(tài)畫面，從而獲得更高的對比度。

［1］ 王新久.液晶光學(xué)和液晶顯示［M］.北京：科學(xué)出版社，2006：239－245.Wang X J.The Optics of Liquid Crystal and Liquid Crystal Display ［M］.Beijing：Science Press，2006：239－245.（in Chinese）

［2］ 李維諟，郭強.液晶顯示應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.Li W D，Guo Q.Application of Liquid Crystal Display Technology ［M］.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2005.（in Chinese）

［3］ 范志新，潘良玉，孫玉寶，等.液晶顯示器中液晶分子取向膜邊緣的輪廓［J］.光學(xué)技術(shù)，2003，29（2）：27－30.Fan Z X，Pan L Y，Sun Y B，et al.Surface edge shapes of orientation films in liquid crystal devices［J］.Optical Technique，2003，29（2）：27－30.（in Chinese）

［4］ 郭春桔，夏森林，孫振，等.側(cè)鏈含稠環(huán)的新型聚酰亞胺液晶垂直取向劑的制備及表征［J］.液晶與顯示，2012，27（1）：8－13.Guo C J，Xia S L，Sun Z，et al.Preparation and characterization of novel polyimide with thick ring in side chain for vertical alignment liquid crystals［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2012，27（1）：8－13.（in Chinese）