IPS Mode应用RM光电特性研究

马 悦， 张 翔， 曾 龙

(昆山龙腾光电有限公司，江苏 昆山 215301)

1 引 言

液晶显示器(LCD)具有很多优点,如宽视角、高亮度和高对比度等。不同的液晶(Liquid crystal，LC)模式中,平面开关(IPS)模式具有最宽的视角。因为液晶(LCs)最初是均匀一致的，在一个平行平面基板内旋转[1-4]。平面开关(IPS)模式已成为最有效的平板显示器(FPD)技术，满足大尺寸电视应用的各种技术要求，如视角宽、切换速度快、色彩精度高、亮度高。但由于其较大的光散射，IPS模式的对比度较差。所以控制液晶分子均匀配向对液晶显示器来说至关重要。

摩擦配向(Rubbing)使用广泛是因为其简单并且热稳定性良好。然而, 摩擦配向有严重的问题,如摩擦配向时产生杂质，污染的电子和离子存在于配向层(PI)中，或者产生静电电荷导致残留直流电压[5-7]。光配向技术是有潜力替代摩擦配向制程的一种技术，其非接触方式因为配向过程没有静电和缺陷而具有高的再现性。然而光配向也很难获得强的锚定能和稳定的预倾角(Pretilt angle)[8-9]。

在IPS显示模式中，负性液晶分子垂直于电场，比正性液晶预倾角更小且更均匀，表现出更好的穿透率，同时得到更高的对比度。搭配光配向技术后对比度得到进一步提升。但负性液晶相较于正性液晶纯化难度高，易产生杂质离子，信赖性差。

本文提出了一种负性液晶中添加活性单体 (Reactive mesogen，RM )的液晶材料，搭配光配向技术，经UV光固化RM，在配向材料表面形成薄膜，使LC更均匀排列，可获得稳定的较小的预倾角[10-12], 进一步提升对比度。锚定能的潜在机制是液晶分子和聚合物链之间的相互作用。经UV光固化RM，在配向材料表面形成薄膜，使LC获得稳定的较小的预倾角，获得较强的锚定能,提升了信赖性。

2 实 验

2.1 实验方法

本文选用典型的IPS型测试盒模拟液晶显示面板进行研究，尺寸为10 cm×10 cm，选用IPS型液晶(Liquid crystal)，对应的测试盒结构示意图与配向膜制作流程分别如图1(a)和1(b)；用旋涂的方法将聚酰亚胺(polyimide，PI)配向材料分别涂布在两侧基板上，在一定的温度和时间下进行预固化和后固化形成配向膜，然后在254 nm的线性偏振UV光下照射使配向膜发生光化反应，最后进行后烘烤。

图1 (a) 测试盒结构示意图；(b) 配向膜制作流程。Fig.1 (a) Structure diagram of test cell; (b) Manufacturing flow of alignment film.

图2 IPS-RM制作流程图Fig.2 Process flow of IPS-RM

通过ODF的方法完成组立成盒，液晶材料由石家庄诚志永华显示材料有限公司提供，盒厚设定为3.6 μm。RM聚合制作流程如图2所示，两次UV方式是采用量产PSVA模式中RM聚合的制程。 实验温度40 ℃， 第一次 UV光照强度为0.8 mW/cm2，波长313 nm， 光照时间350 s(图2-①)；第二次UV光照强度为10 mW/cm2，波长365 nm， 光照时间80 min(图2-④)。第一次UV的目的是在短时间内形成一个稳定的预倾角，第二次 UV的目的是使残余RM完全聚合；最终形成实验所需的测试盒。

2.2 LC参数

实验样品选用石家庄诚志永华显示材料有限公司IPS型量产品液晶，液晶样品A、B的参数，如清亮点(Tni)、双折射率(Δn)、介电各向异性(Δε)、流动粘度(γ1)、展曲弹性常数(K11)、弯曲弹性常数(K33)等见表1，RM比例采用量产PS-VA 模式中RM含量比例。

2.3 测试与表征

本实验预倾角采用厂内液晶屏盒厚测量机(CHUO中央精机，型号OMS-NV50H)进行测定，测量误差为0.02°。对比度(Contrast ratio，CR)、穿透率(Transmittance,TR)：采用厂内偏光板角度测试机(MAX CR，旭东机械昆山有限公司，HT-9320130)进行测定。电压保持率(VHR)：委外测试(TOYO日本东洋，型号6254)。

表1 LC参数Tab.1 LC parameters

3 结果与讨论

3.1 加RM对光电特性的影响

表2 加RM对光学特性的影响Tab.2 Optical properties of Add RM

续 表

由表2可以看出，经过两次UV后RM残留量为94×10-6(spec<100×10-6)，盒厚无明显差异，穿透率(Transmittance)和响应时间(Response time) 无明显差异。

图3(a)～(e)分别为加RM后得到的预倾角、对比度、V-T曲线、电压保持率和直流电压残余曲线。由图3(a)可知，加RM后液晶分子的预倾角变小，因为RM在配向层表面聚合后，使液晶分子在配向层表面初始排列更平坦且更均匀。对IPS常黑型显示器来说，液晶分子的预倾角越小，其暗态亮度就越低，在相同亮态下，对比度就越高，如图3(b)所示。液晶中RM残留量不足100×10-6时，对液晶分子的双折射率(Δn) 不会造成影响，所以不会影响穿透率和V-T曲线,驱动电压也能保持不变,无功耗增加,见表2和图3(c)。加RM后锚定能增强，同时电压保持率(VHR)提升，直流电压残余(RDC)曲线有明显改善(见图3(d)和 图3(e)，本文选用IPS负性测试盆模拟液晶显示面板，由于是负性测试盆,故其测得VHR较低，为合理范围内的数值)。

3.2 AFM分析

将样品拆片洗去液晶，在原子力显微镜 (Atomic Force Microscope，AFM)下观察到配向膜表面，分别如图4(a)、(b) 所示；可以看出RM聚合后表面形态更均匀。

(a) 样品A(a) Sample A

(b) 样品B(b) Sample B图4 样品的AFM图片Fig.4 AFM images of the samples

4 结 论

IPS模式使用负性液晶加RM液晶材料，搭配光配向为研究平台,研究了RM对IPS 模式光学性能的影响，结果表明：经过两次UV照射RM完全聚合，聚合后表面形态更均匀； RM完全聚合后预倾角变小, 其暗态亮度降低，对比度提高；RM完全聚合后V-T重合,驱动电压(Vop)不变,无额外功耗增加；加RM后电压保持率(VHR)提升，同时直流残留(RDC) 曲线有明显改善。