配向膜对LCD对比度的影响

王 丹，马国靖，任锦宇，徐长健，宋勇志，袁剑峰，邵喜斌

（北京京东方显示技术有限公司，北京100176）

1 引 言

随着液晶显示器（LCD）面板制造业的日趋成熟，竞争也越发激烈。面板厂商对其产品的品质要求也越来越高［1－2］。ADS（Advanced Super Dimension Switch）显示技术是京东方自主创新的以平面宽视角技术为代表的核心技术——高级超维场转换技术，是FFS技术的延伸和改进，具有更高的透过率，更好的性能和更低的成本。

液晶显示器的主要参数为分辨率、色域、透过率与对比度等。对比度对视觉效果的影响非常关键，一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽。本文从取向膜材料方面提高对比度进行了试验测试，取得了良好结果。对比度的定义为在暗室中，白色画面（最亮时）下的亮度除以黑色画面（最暗时）下的亮度。根据对比度的计算方法，提高对比度的方法主要有2种，一是提高白色画面的亮度，使其更亮；二是降低黑色画面的亮度，使其更黑。由于ADS模式显示器为常黑显示模式，初始状态的液晶分子的长轴方向平行于显示屏表面［3］，其排列有序性则至关重要。取向膜的主要作用是提供液晶预倾角，使得液晶初始状态的排列呈现一定规律［4］。

2 实验部分

2.1 材料的选取

为了从取向膜材料方面着手改善液晶面板的对比度，向厂商邀请了以下2 种不同取向膜（Polyimide，PI）：样品A（日本A 社提供）、样品B（日本B 社提供）。摩擦布、液晶、封框胶均使用京东方显示的量产品。其中样品A 为普通聚酰胺酸型（Polyamic acid，PAA）PI液，通过加热催化形成取向膜；样品B在普通聚酰胺酸型PI液的基础上加入了能够固定液晶分子的侧链，加强了对液晶分子的控制力，如图1所示。

图1 PI侧链示意图Fig.1 Side chain

2.2 试验平台选取与制作

在32in（1in＝2.54cm）ADS模式TV 样品上进行测试，其分辨率为高清HD，1 366×768。首先取向层PI膜厚选用120nm，涂覆设备为喷墨打印（Inkjet Printing）；图2 为PI涂覆设备示意图，表1为实际涂覆数据。

图2 取向层涂覆设备示意图Fig.2 PI printer

表1 PI液厚度Tab.1 PI thickness

摩擦布（Rubbing Cloth）使用韩国厂家Hyper flex，压入量为0.4mm；液晶选用德国Merck，相对折射率Δn 为0.097；封框胶由积水提供。对盒后的玻璃基板进行绑定模组组装，用于实验评价。

2.3 测试项目

针对对比度所需数据，测试了关键的光学参数：盒厚（Cell Gap）、扭曲角（Twist Angle）、预倾角（Pre－tilt Angle，TBA）、电压透过率曲线等。

3 结果与讨论

在保持其他制作条件不变的情况下，对比了两款不同性质的PI液所制成的32in ADS模组。由于PI液样品B中添加了能够增强配向力的侧链结构，所以在相同的工艺条件下，得到了较好的预倾角。ADS显示模式中，液晶分子初始状态排列方向为平行于显示器玻璃基板；液晶分子的预倾角越小表明配向膜对液晶分子的控制力越强。如表2所示。

表2 预倾角数据Tab.2 Pre－tilt angle data

样品A 和样品B 的PI膜厚均在120nm 左右，如表1。表3 表示了盒厚的均一性。厚度差异在摩擦条件相同的条件下，对比了扭曲角的差异，如表4。

表3 盒厚数据Tab.3 Cell gap date

表4 扭曲角数据Tab.4 Twist angle data

对2种样品的预倾角数据进行了对比，发现样品A 的预倾角要比样品B的大1.2°左右；在预倾角均一性方面，样品B也要优于样品A。这些结果表明PI液样品B中添加的侧链在预倾角的控制上和均一性上起到了关键的作用。如图3所示。

图3 样品预倾角对比图Fig.3 Comparison of samples’TBA

在做完以上测试后，使用相同的实验环境与设备进行了显示特性的电学调整（Gamma tuning），将人眼感觉与显示亮度之间关系曲线符合大脑的感知需求。调整Gamma曲线在最佳状态时的两种PI液的亮度值如表5。其中Lumi－min代表最小亮度，Lumi－max为最高亮度，CR 为对比度。对比度的计算公式为Lumi－max／Lumimin，以此得出两种不同PI液制成的样品的对比度值。

表5 对比度数据Tab.5 Contrast ratio data

从表5 中可以看出，样品B 的最小亮度0.274cd／m2要小于样品A 的0.328cd／m2；亮度越小，表明液晶面板的暗态画面越好。而对比度的计算公式中，Lumi－max／Lumi－min，最小亮度Lumi－min处 在 分 母 位 置，即Lumi－min 越 小，对比度会越高，样品B 的对比度要高于样品A。而这两种样品的制作工艺条件完全相同，只是取向膜材料的选取不同。样品B和样品A 都是PAA 型取向液，通过加热发生聚合形成PI取向层；二者之间的区别正是样品B中加入侧链，使得其对液晶分子的控制能力增强，对预倾角的控制和均一性上取得很好的效果，从而获得了较高的对比度。

4 结 论

本文利用32in ADS 显示模式液晶显示器作为研究平台，从理论和实验上都证明了，通过降低和优化聚酰亚胺取向层材料的取向性和取向的均一性可以提高液晶显示器的对比度。向取向膜材料中添加侧链的方法不仅能够获得较低的预倾角（ADS显示模式中），而且液晶分子的排列有序性也大大增强。

在实验过程中利用实验室与产线进行了实际测试，通过对比不同性质的取向材料所制作的平面电场宽视角（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对比度越高。利用高配向力的取向层可以使液晶分子的排列更加有序，在常黑模式的ADS显示器中，初始位置的液晶分子预倾角越低，液晶面板的暗态越好，在亮态相同的情况下，对比度将会提高。使得显示器暗态亮度尽量小的方法主要是通过调节偏关片的光轴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内表面的初始状态—预倾角。实验数据表明PI膜对液晶分子的控制能力越强，预倾角越小，即会得到更好的暗态画面，从而获得更高的对比度。

［1］ 王新久.液晶光学和液晶显示［M］.北京：科学出版社，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］ 李维諟，郭强.液晶显示应用技术［M］.北京：电子工业出版社，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，孙玉宝，等.液晶显示器中液晶分子取向膜边缘的轮廓［J］.光学技术，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，孙振，等.侧链含稠环的新型聚酰亚胺液晶垂直取向剂的制备及表征［J］.液晶与显示，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）