馬 悅， 張 翔， 曾 龍

(昆山龍騰光電有限公司，江蘇 昆山 215301)

1 引 言

液晶顯示器(LCD)具有很多優(yōu)點,如寬視角、高亮度和高對比度等。不同的液晶(Liquid crystal，LC)模式中,平面開關(guān)(IPS)模式具有最寬的視角。因為液晶(LCs)最初是均勻一致的，在一個平行平面基板內(nèi)旋轉(zhuǎn)[1-4]。平面開關(guān)(IPS)模式已成為最有效的平板顯示器(FPD)技術(shù)，滿足大尺寸電視應(yīng)用的各種技術(shù)要求，如視角寬、切換速度快、色彩精度高、亮度高。但由于其較大的光散射，IPS模式的對比度較差。所以控制液晶分子均勻配向?qū)σ壕э@示器來說至關(guān)重要。

摩擦配向(Rubbing)使用廣泛是因為其簡單并且熱穩(wěn)定性良好。然而, 摩擦配向有嚴重的問題,如摩擦配向時產(chǎn)生雜質(zhì)，污染的電子和離子存在于配向?qū)?PI)中，或者產(chǎn)生靜電電荷導(dǎo)致殘留直流電壓[5-7]。光配向技術(shù)是有潛力替代摩擦配向制程的一種技術(shù)，其非接觸方式因為配向過程沒有靜電和缺陷而具有高的再現(xiàn)性。然而光配向也很難獲得強的錨定能和穩(wěn)定的預(yù)傾角(Pretilt angle)[8-9]。

在IPS顯示模式中，負性液晶分子垂直于電場，比正性液晶預(yù)傾角更小且更均勻，表現(xiàn)出更好的穿透率，同時得到更高的對比度。搭配光配向技術(shù)后對比度得到進一步提升。但負性液晶相較于正性液晶純化難度高，易產(chǎn)生雜質(zhì)離子，信賴性差。

本文提出了一種負性液晶中添加活性單體 (Reactive mesogen，RM )的液晶材料，搭配光配向技術(shù)，經(jīng)UV光固化RM，在配向材料表面形成薄膜，使LC更均勻排列，可獲得穩(wěn)定的較小的預(yù)傾角[10-12], 進一步提升對比度。錨定能的潛在機制是液晶分子和聚合物鏈之間的相互作用。經(jīng)UV光固化RM，在配向材料表面形成薄膜，使LC獲得穩(wěn)定的較小的預(yù)傾角，獲得較強的錨定能,提升了信賴性。

2 實 驗

2.1 實驗方法

本文選用典型的IPS型測試盒模擬液晶顯示面板進行研究，尺寸為10 cm×10 cm，選用IPS型液晶(Liquid crystal)，對應(yīng)的測試盒結(jié)構(gòu)示意圖與配向膜制作流程分別如圖1(a)和1(b)；用旋涂的方法將聚酰亞胺(polyimide，PI)配向材料分別涂布在兩側(cè)基板上，在一定的溫度和時間下進行預(yù)固化和后固化形成配向膜，然后在254 nm的線性偏振UV光下照射使配向膜發(fā)生光化反應(yīng)，最后進行后烘烤。

圖1 (a) 測試盒結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 配向膜制作流程。Fig.1 (a) Structure diagram of test cell; (b) Manufacturing flow of alignment film.

圖2 IPS-RM制作流程圖Fig.2 Process flow of IPS-RM

通過ODF的方法完成組立成盒，液晶材料由石家莊誠志永華顯示材料有限公司提供，盒厚設(shè)定為3.6 μm。RM聚合制作流程如圖2所示，兩次UV方式是采用量產(chǎn)PSVA模式中RM聚合的制程。 實驗溫度40 ℃， 第一次 UV光照強度為0.8 mW/cm2，波長313 nm， 光照時間350 s(圖2-①)；第二次UV光照強度為10 mW/cm2，波長365 nm， 光照時間80 min(圖2-④)。第一次UV的目的是在短時間內(nèi)形成一個穩(wěn)定的預(yù)傾角，第二次 UV的目的是使殘余RM完全聚合；最終形成實驗所需的測試盒。

2.2 LC參數(shù)

實驗樣品選用石家莊誠志永華顯示材料有限公司IPS型量產(chǎn)品液晶，液晶樣品A、B的參數(shù)，如清亮點(Tni)、雙折射率(Δn)、介電各向異性(Δε)、流動粘度(γ1)、展曲彈性常數(shù)(K11)、彎曲彈性常數(shù)(K33)等見表1，RM比例采用量產(chǎn)PS-VA 模式中RM含量比例。

2.3 測試與表征

本實驗預(yù)傾角采用廠內(nèi)液晶屏盒厚測量機(CHUO中央精機，型號OMS-NV50H)進行測定，測量誤差為0.02°。對比度(Contrast ratio，CR)、穿透率(Transmittance,TR)：采用廠內(nèi)偏光板角度測試機(MAX CR，旭東機械昆山有限公司，HT-9320130)進行測定。電壓保持率(VHR)：委外測試(TOYO日本東洋，型號6254)。

表1 LC參數(shù)Tab.1 LC parameters

3 結(jié)果與討論

3.1 加RM對光電特性的影響

表2 加RM對光學(xué)特性的影響Tab.2 Optical properties of Add RM

續(xù) 表

由表2可以看出，經(jīng)過兩次UV后RM殘留量為94×10-6(spec<100×10-6)，盒厚無明顯差異，穿透率(Transmittance)和響應(yīng)時間(Response time) 無明顯差異。

圖3(a)～(e)分別為加RM后得到的預(yù)傾角、對比度、V-T曲線、電壓保持率和直流電壓殘余曲線。由圖3(a)可知，加RM后液晶分子的預(yù)傾角變小，因為RM在配向?qū)颖砻婢酆虾螅挂壕Х肿釉谂湎驅(qū)颖砻娉跏寂帕懈教骨腋鶆?。對IPS常黑型顯示器來說，液晶分子的預(yù)傾角越小，其暗態(tài)亮度就越低，在相同亮態(tài)下，對比度就越高，如圖3(b)所示。液晶中RM殘留量不足100×10-6時，對液晶分子的雙折射率(Δn) 不會造成影響，所以不會影響穿透率和V-T曲線,驅(qū)動電壓也能保持不變,無功耗增加,見表2和圖3(c)。加RM后錨定能增強，同時電壓保持率(VHR)提升，直流電壓殘余(RDC)曲線有明顯改善(見圖3(d)和 圖3(e)，本文選用IPS負性測試盆模擬液晶顯示面板，由于是負性測試盆,故其測得VHR較低，為合理范圍內(nèi)的數(shù)值)。

3.2 AFM分析

將樣品拆片洗去液晶，在原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope，AFM)下觀察到配向膜表面，分別如圖4(a)、(b) 所示；可以看出RM聚合后表面形態(tài)更均勻。

(a) 樣品A(a) Sample A

(b) 樣品B(b) Sample B圖4 樣品的AFM圖片F(xiàn)ig.4 AFM images of the samples

4 結(jié) 論

IPS模式使用負性液晶加RM液晶材料，搭配光配向為研究平臺,研究了RM對IPS 模式光學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：經(jīng)過兩次UV照射RM完全聚合，聚合后表面形態(tài)更均勻； RM完全聚合后預(yù)傾角變小, 其暗態(tài)亮度降低，對比度提高；RM完全聚合后V-T重合,驅(qū)動電壓(Vop)不變,無額外功耗增加；加RM后電壓保持率(VHR)提升，同時直流殘留(RDC) 曲線有明顯改善。