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有限公司，北京100176）

1 引 言

隨著液晶顯示器（LCD）面板制造業的日趨成熟，競爭也越發激烈。面板廠商對其產品的品質要求也越來越高［1－2］。ADS（Advanced Super Dimension Switch）顯示技術是京東方自主創新的以平面寬視角技術為代表的核心技術——高級超維場轉換技術，是FFS技術的延伸和改進，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，取得了良好結果。對比度的定義為在暗室中，白色畫面（最亮時）下的亮度除以黑色畫面（最暗時）下的亮度。根據對比度的計算方法，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重要。取向膜的主要作用是提供液晶預傾角，使得液晶初始狀態的排列呈現一定規律［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液的基礎上加入了能夠固定液晶分子的側鏈，加強了對液晶分子的控制力，如圖1所示。

圖1 PI側鏈示意圖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。首先取向層PI膜厚選用120nm，涂覆設備為噴墨打印（Inkjet Printing）；圖2 為PI涂覆設備示意圖，表1為實際涂覆數據。

圖2 取向層涂覆設備示意圖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

針對對比度所需數據，測試了關鍵的光學參數：盒厚（Cell Gap）、扭曲角（Twist Angle）、預傾角（Pre－tilt Angle，TBA）、電壓透過率曲線等。

3 結果與討論

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鏈結構，所以在相同的工藝條件下，得到了較好的預傾角。ADS顯示模式中，液晶分子初始狀態排列方向為平行于顯示器玻璃基板；液晶分子的預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 預傾角數據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 盒厚數據Tab.3 Cell gap date

表4 扭曲角數據Tab.4 Twist angle data

對2種樣品的預傾角數據進行了對比，發現樣品A 的預傾角要比樣品B的大1.2°左右；在預傾角均一性方面，樣品B也要優于樣品A。這些結果表明PI液樣品B中添加的側鏈在預傾角的控制上和均一性上起到了關鍵的作用。如圖3所示。

圖3 樣品預傾角對比圖Fig.3 Comparison of samples’TBA

在做完以上測試后，使用相同的實驗環境與設備進行了顯示特性的電學調整（Gamma tuning），將人眼感覺與顯示亮度之間關系曲線符合大腦的感知需求。調整Gamma曲線在最佳狀態時的兩種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 對比度數據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，通過加熱發生聚合形成PI取向層；二者之間的區別正是樣品B中加入側鏈，使得其對液晶分子的控制能力增強，對預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 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，通過降低和優化聚酰亞胺取向層材料的取向性和取向的均一性可以提高液晶顯示器的對比度。向取向膜材料中添加側鏈的方法不僅能夠獲得較低的預傾角（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線進行了實際測試，通過對比不同性質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層可以使液晶分子的排列更加有序，在常黑模式的ADS顯示器中，初始位置的液晶分子預傾角越低，液晶面板的暗態越好，在亮態相同的情況下，對比度將會提高。使得顯示器暗態亮度盡量小的方法主要是通過調節偏關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表面的初始狀態—預傾角。實驗數據表明PI膜對液晶分子的控制能力越強，預傾角越小，即會得到更好的暗態畫面，從而獲得更高的對比度。

［1］ 王新久.液晶光學和液晶顯示［M］.北京：科學出版社，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.液晶顯示應用技術［M］.北京：電子工業出版社，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］.光學技術，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.側鏈含稠環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）