胡葉廷， 周雷勇， 李曉娜， 遠(yuǎn)藤浩史， 森崇德

(1. 捷恩智液晶材料有限公司，江蘇 蘇州 215011；2. JNC石油化學(xué)株式會(huì)社，日本 千葉 市原 290-8551)

1 引 言

液晶顯示器由于其輕薄、低功耗、高品質(zhì)以及高信賴性的特點(diǎn)使其在顯示領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1]。但隨著時(shí)代的發(fā)展，人們除了對(duì)液晶顯示器高性能的需求外，對(duì)其信賴性的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。殘像作為影響液晶顯示器信賴性的一個(gè)重要因素，它的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重?fù)p害液晶顯示器的畫(huà)面品質(zhì)。

殘像主要表現(xiàn)為液晶顯示器長(zhǎng)時(shí)間顯示同一個(gè)畫(huà)面，把畫(huà)面切換到下一個(gè)畫(huà)面時(shí)，先前的畫(huà)面會(huì)殘留在下一個(gè)畫(huà)面中。而根據(jù)殘像狀態(tài)的不同，殘像可分為面殘像與線殘像。殘像的發(fā)生受很多因素影響，包括液晶、配向膜、框膠、生產(chǎn)工藝等。殘像產(chǎn)生機(jī)理主要包含兩個(gè)并存因素，一個(gè)是液晶面板中的離子型不純物，另一個(gè)是直流偏置電壓[2]。

目前，在液晶顯示領(lǐng)域中，邊緣場(chǎng)切換廣角技術(shù)(FFS)模式作為一種廣泛使用的顯示模式，其根據(jù)用途的不同會(huì)分別使用正性或負(fù)性液晶。正性液晶具有響應(yīng)速度快，信賴性好的特點(diǎn)，因此被車載等顯示領(lǐng)域所青睞。而負(fù)性液晶由于其出色的透過(guò)率與對(duì)比度，更多地被應(yīng)用于高品質(zhì)FFS模式液晶顯示器[3]。但由于負(fù)性液晶單體分子結(jié)構(gòu)本身的原因，導(dǎo)致其含有的離子型不純物偏多，同時(shí)在紫外光照射和高溫環(huán)境下比正性液晶更易發(fā)生分解和破壞，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致其離子型不純物增多，所以負(fù)性液晶的殘像問(wèn)題更容易發(fā)生且更嚴(yán)重[4]。此外，由于FFS模式具有不對(duì)稱的橫向電場(chǎng)，容易形成橫向直流偏置電壓(DC偏置)，進(jìn)而致使FFS模式出現(xiàn)殘像的情況尤為嚴(yán)重[2,5]。

關(guān)于殘像的研究中，BOE公司在低ΔVHR條件下，降低配向膜材料的電阻率使存儲(chǔ)電荷釋放加快，殘像得到改善[6]，同時(shí)還提出了降低型號(hào)線數(shù)量、降低信號(hào)線與公共電極線的交疊面積、增大信號(hào)線與公共電極的距離、外圍電路補(bǔ)償?shù)葰埾窀纳品桨竅7]。IVO公司研究了配向膜對(duì)液晶分子的錨定力與殘像的關(guān)聯(lián)[8]。本公司通過(guò)電子自旋共振譜儀(ESR)與紫外-可見(jiàn)光譜儀(UV-Vis)研究了從配向膜中產(chǎn)生的游離聚酰亞胺陰離子對(duì)殘像的影響[9]，并有研究提出通過(guò)添加納米顆粒材料可以吸附液晶中的雜質(zhì)離子[10]。

本文通過(guò)在負(fù)性液晶中添加新型莨菪烷基添加劑，旨在減小液晶盒中殘留DC偏置電壓的累積且加速電荷的釋放，以達(dá)到改善殘像的目的，為負(fù)性FFS模式中殘像改善提供一種新的方向。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)選用的封膠材料為日本三鍵紫外線硬化膠，型號(hào)3052B。莨菪烷基添加劑，盒厚3.2 μm的液晶盒以及實(shí)驗(yàn)用量產(chǎn)負(fù)性液晶均為捷恩智液晶材料公司生產(chǎn)。液晶的相關(guān)物性參數(shù)如表1所示。

表1 液晶參數(shù)Tab.1 Properties of LC mixture

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)對(duì)閃爍漂移、殘留DC與面殘像測(cè)試采用色彩分析儀(日本KONIKA MINOLTA，型號(hào)CA-310)測(cè)定；線殘像由自動(dòng)控制器(美國(guó)National Instruments，型號(hào)PXle-1071)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 閃爍漂移測(cè)試

將測(cè)試用液晶盒施加L255灰階電壓30 min，然后切換至L127灰階電壓進(jìn)行閃爍測(cè)試，循環(huán)測(cè)試4次。

2.4 DC殘留電壓測(cè)試

在常溫下對(duì)測(cè)試用液晶施加L127灰階交流電壓120 s，然后在施加L127交流電壓同時(shí)施加3 V直流電壓1 h后，撤去直流電壓，測(cè)試其亮度變化，測(cè)試時(shí)間為30 min。

2.5 面殘像測(cè)試

將測(cè)試用液晶盒施加L255灰階電壓30 min，然后切換至L127灰階電壓進(jìn)行亮度測(cè)試，偏置電壓范圍設(shè)置為±0.2 V，測(cè)定間隔為0.02 V，循環(huán)測(cè)試4次。

2.6 線殘像測(cè)試

在室溫條件下，利用4×4棋盤(pán)格對(duì)面板的線殘像特性進(jìn)行評(píng)估。圖1為面板老化畫(huà)面，其中黑色方格為L(zhǎng)0灰階電壓下顯示畫(huà)面，白色方格為L(zhǎng)255灰階電壓下顯示畫(huà)面，維持該棋盤(pán)格畫(huà)面96 h后，將面板驅(qū)動(dòng)電壓切換至L127灰階電壓，在頻率30 Hz下對(duì)面板的線殘像情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，其呈現(xiàn)的具體畫(huà)面如圖2所示。

圖1 4×4棋盤(pán)格Fig.1 4×4 check board

圖2 線殘像示意圖Fig.2 Schematic diagram of line image sticking

3 結(jié)果與討論

3.1 閃爍漂移結(jié)果

FFS模式液晶顯示器在驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電極設(shè)計(jì)等因素造成實(shí)際正負(fù)幀的像素電壓不完全對(duì)稱，從而導(dǎo)致正負(fù)幀的透過(guò)率存在差異，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

圖3 閃爍漂移曲線Fig.3 Flicker drift curves

圖3為樣品A和B的閃爍隨老化時(shí)間的增加而變化的結(jié)果。由圖3可知，未添加莨菪烷基添加劑的樣品A隨著老化時(shí)間增加，閃爍先逐漸增大，之后增大幅度逐漸趨緩。這是由于液晶盒內(nèi)部存在的DC偏置使得液晶中的離子型不純物產(chǎn)生積聚，進(jìn)而形成殘留DC偏置，從而導(dǎo)致原先在Vcom(交流驅(qū)動(dòng)電壓的中心值)電壓下對(duì)稱的正負(fù)幀透過(guò)率出現(xiàn)差異。而加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-4添加劑的樣品B，隨老化時(shí)間的增加，其閃爍增大的幅度明顯小于樣品A。這表明添加劑的使用可以有效減小液晶盒內(nèi)由驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的殘留DC偏置。

3.2 DC殘留電壓釋放結(jié)果

配向膜在DC偏置作用下選擇性地吸附液晶中的離子型不純物，形成殘留DC偏置。通過(guò)在交流電驅(qū)動(dòng)同時(shí)施加直流電可增大偏置作用，加速形成殘留DC偏置。在解除直流電后，積聚在配向膜上的離子型不純物形成的殘留DC偏置會(huì)逐漸消失。

圖4 殘留DC釋放特性Fig.4 Properties of residual DC release

圖4是樣品A和B中殘留DC偏置導(dǎo)致的亮度變化曲線。由圖4可知，樣品A在交流驅(qū)動(dòng)同時(shí)施加直流電1 h后，釋放階段最大亮度為750 cd/m2，且釋放200 s后亮度恢復(fù)至初始亮度；而樣品B釋放階段最大亮度為550 cd/m2，與樣品A相比DC偏置累積減少30%，并在釋放10 s后亮度恢復(fù)至初始亮度，相比樣品A，其釋放時(shí)間約縮短了95%。這是因?yàn)槲词褂锰砑觿┑臉悠稟，配向膜電阻遠(yuǎn)大于液晶的電阻，導(dǎo)致液晶盒內(nèi)的電荷聚集在液晶與配向膜的界面，難以釋放，并由電量公式Q=CV可知，聚集的電荷增多會(huì)導(dǎo)致殘留電壓增大，進(jìn)而使得亮度變大；而樣品B在使用了添加劑后，添加劑附著在配向膜表面，使得配向膜表面的電阻值下降，因此液晶與配向膜之間的電阻差減小，所以電荷可以較容易地釋放至配向膜，積聚情況得到明顯改善[11-12]。

3.3 面殘像測(cè)試結(jié)果

在FFS模式中，交流電(AC)殘像是因?yàn)橐壕Х肿咏?jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的驅(qū)動(dòng)，無(wú)法恢復(fù)到原先正確的排列位置，其表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的灰階亮度會(huì)發(fā)生變化；而DC殘像是由液晶盒中殘留DC偏置造成，并可通過(guò)調(diào)整Vcom電壓進(jìn)行改善[5,12]。

圖5 Vcom-亮度隨老化時(shí)間的變化Fig.5 Brightness dependency of Vcomafter aging

圖6 Vcom-亮度隨老化時(shí)間的變化Fig.6 Brightness dependency of Vcom after aging

圖5和圖6分別是樣品A和B在老化0，30，60，90 min后亮度與Vcom的測(cè)試曲線圖。由圖5可知，隨著老化時(shí)間的增加，樣品A的Vcom-亮度向右上方發(fā)生了明顯的漂移，這表明樣品A中存在AC與DC殘像。其中老化30 min后的Vcom-亮度向上漂移8 cd/m2，Vcom向右漂移了0.7 V。由圖6可知，樣品B添加添加劑后，Vcom-亮度向上方漂移2 cd/m2，Vcom電壓向右漂移了0.02 V。相較于樣品A，樣品B的Vcom-亮度向上以及Vcom電壓向右漂移的幅度明顯減小，這表明添加劑使用后，AC與DC殘像同時(shí)得到了改善。

3.4 線殘像測(cè)試結(jié)果

圖7和圖8是樣品A和B分別老化0 h與96 h后在L127灰階，30 Hz條件下觀察所得的線殘像結(jié)果。

圖7 樣品A在0 h(a),96 h(b)老化時(shí)間下線殘像結(jié)果。Fig.7 Line image sticking of sample A at t=0 h(a), t=96 h (b).

圖8 樣品B在0 h(a),96 h(b)老化時(shí)間下線殘像結(jié)果。Fig.8 Line image sticking of sample B at t=0 h(a), and t=96 h(b).

從圖7(a)和7(b)可看出，經(jīng)過(guò)96 h驅(qū)動(dòng)后樣品A在像素邊緣處出現(xiàn)了明顯的線殘像。這是由于棋盤(pán)格老化過(guò)程中L0與L255的驅(qū)動(dòng)電壓不同，使得黑白像素內(nèi)形成了大小不等的殘留DC偏置，切換至L127灰階，面內(nèi)存在大小不等的殘留DC偏置使像素之間存在電壓差，進(jìn)而導(dǎo)致液晶盒內(nèi)的離子型不純物向邊界聚集而形成了殘留DC偏置，透過(guò)率因此發(fā)生變化，表現(xiàn)為線殘像。由圖8(a)和8(b)可知，樣品B未出現(xiàn)線殘像。由前述可知，添加新添加劑后，可有效減少液晶盒由于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生的DC殘留電壓積聚并加快釋放速率，因此黑白格像素之間電壓差減小，線殘像得到改善。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)在負(fù)性液晶中添加一種新型莨菪烷基添加劑的方法，研究了其對(duì)FFS模式中殘像的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，莨菪烷基添加劑使用后，閃爍漂移得到改善；液晶盒中DC殘留累積量減少30%且釋放速率提升95%；Vcom漂移量由0.7 V改善至0.02 V，同時(shí)Vcom-亮度變化量從8 cd/m2改善至2 cd/m2；線殘像由L3改善至L1。

本研究在不改變電極設(shè)計(jì)的前提下通過(guò)使用添加劑，在一定程度上改善了殘像現(xiàn)象，對(duì)提升面板的顯示品質(zhì)具有一定的指導(dǎo)意義。