摘 要：本文基于對(duì)目前雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示原理研究，通過(guò)對(duì)PI、成盒、絲印等重點(diǎn)工序的攻關(guān)及生產(chǎn)設(shè)備的改造與工藝設(shè)計(jì)，解決了其中關(guān)鍵工藝難點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)要求，開(kāi)發(fā)出多種顏色彩色雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器，為需要低功耗的產(chǎn)品提供了選擇。

關(guān)鍵詞：雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器；低盒厚；PI；絲印

中圖分類(lèi)號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2017）03-0049-02

Process Difficulties and Solutions of Bistable Liquid crystal Display

REN Lihai

（Shenzhen Jinghua Displays Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract： This article is based on the principle of bistable liquid crystal display， based on PI， transformation and process design， screen printing and other key box key processes and production equipment， solves the key technological difficulties and technical parameter requirements， developed a variety of color bistable liquid crystal display， provides the need for low power product.

Keywords： bistable liquid crystal display； low box thickness； PI； silk screen printing

雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器因?yàn)榫哂袃蓚€(gè)穩(wěn)定態(tài)，只在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)需要通電，相比傳統(tǒng)TN/STN液晶顯示器具有節(jié)能省電、寬視角、易于彩色化等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)于換屏很少的產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)，可廣泛應(yīng)用于U盤(pán)、電子標(biāo)簽、戶外廣告、電子書(shū)等。

1 理論基礎(chǔ)研究

1.1 什么是雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器

雙穩(wěn)態(tài)，顧名思義就是具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，常規(guī)的LCD只有在加電的情況才能顯示，而雙穩(wěn)態(tài)顯示器在沒(méi)有電壓的情況下依然顯示，只有在換屏的時(shí)候才需要加電，因而可節(jié)省大量的電量，而柔性顯示屏的應(yīng)用則包括電子閱讀器、電子紙、電子顯示卡、電子貨架標(biāo)簽、服裝/可穿戴產(chǎn)品以及其它新穎的產(chǎn)品。

1.2 雙穩(wěn)態(tài)LCD基于膽固醇液晶顯示技術(shù)

膽固醇液晶顯示（Cholesteric Liquid Crystal Display）是一種非傳統(tǒng)的顯示技術(shù)，即使移除控制板的供電，影像仍會(huì)保留在顯示器上。它的影像可媲美在紙上閱讀，功能包括高對(duì)比、視角寬闊、高反映度及在日光下仍維持極高的可讀性，此外產(chǎn)品還具有雙穩(wěn)態(tài)、能耗低的特質(zhì)。

1.3 膽固醇液晶顯示器的工作原理

在組成組件上，與一般被動(dòng)驅(qū)動(dòng)液晶一樣包含了上下基板、間隙子以及黑色吸收材質(zhì)，其中上下基板材質(zhì)可為玻璃或塑料基板，除了包含被動(dòng)驅(qū)動(dòng)電極以及配向?qū)右酝猓瑸榱诉_(dá)到良好的反射效果，間隙子的大小約為螺距的6-8倍左右。

膽固醇液晶的材料結(jié)構(gòu)類(lèi)似于膽固醇分子。除了純粹的膽固醇液晶，延伸材料還有添加旋光劑的向列型液晶，或是添加膽固醇液晶分子的向列型液晶，添加了材料的液晶具有不同的波長(zhǎng)和光電特性。向列型液晶在添加了旋光劑之后，液晶材料就會(huì)產(chǎn)生螺旋結(jié)構(gòu)。將膽固醇液晶置于兩片水平的基板中，在不施加電場(chǎng)配向的情況下，膽固醇液晶會(huì)傾向成平面螺旋型排列，在符合特定光波長(zhǎng)的反射情況下，即可反射出具有色彩的光線，或者是呈現(xiàn)透明狀態(tài)。膽固醇液晶實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)的方式有兩種：一種是表面安定型（Surface Stabilized Cholesteric Texture，SSCT）；另一種則是高分子安定型（Polymer Stabilized Cholesteric Texture，PSCT），這兩項(xiàng)技術(shù)都是近年來(lái)相當(dāng)熱門(mén)的膽固醇液晶顯示技術(shù)之一。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝解決方法

本文試驗(yàn)在現(xiàn)有TN/STN-LCD/TFT-LCD生產(chǎn)設(shè)備及工藝經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)涂PI、噴粉、成盒、灌液、絲印等重點(diǎn)工序的攻關(guān)及生產(chǎn)設(shè)備的改造與工藝設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)黑白、紅色、蘭色、綠色等多種單色及大尺寸彩色雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器模組，并用塑料基片替代傳統(tǒng)的玻璃基板開(kāi)發(fā)生產(chǎn)柔性雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器。

解決的關(guān)鍵技術(shù)如下：（1）基于膽固醇液晶材料的雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)；（2）高精度低盒厚（2微米）成盒生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)；（3）PI均勻性控制工藝開(kāi)發(fā)；（4）底面絲印較容易脫落的解決方案。

雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器的制程與傳統(tǒng)液晶顯示器相似，但工藝要求更高。本研究是液晶顯示技術(shù)發(fā)展的最前沿技術(shù)之一，其制作工藝類(lèi)似半導(dǎo)體技術(shù)，技術(shù)含量非常高、技術(shù)難度大。為實(shí)現(xiàn)上述雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)與合作伙伴進(jìn)行了大量的膽固醇液晶材料及顯示技術(shù)研究、雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器制程工藝研究。提高產(chǎn)品穩(wěn)定性、良品率與可靠性的研究。

2.1 基于膽固醇液晶材料的雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)

該技術(shù)最先由美國(guó)肯特大學(xué)提出，本文試驗(yàn)與美國(guó)肯特大學(xué)的技術(shù)持有人合作進(jìn)行了原理的探討，利用其液晶材料，開(kāi)發(fā)了兩種雙穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)模式：一種為普通模式，另一種則是反轉(zhuǎn)模式。普通模式主要是將垂直螺旋行狀態(tài)穩(wěn)定的保存在0伏特的電壓之下，在制作方法上，則是將液晶、旋光劑、光起始劑與高分子單體依特定比例混合，并使用未經(jīng)表面處理過(guò)的ITO基板，灌入ITO基板之后，再以紫外光照射，利用高分子單體與液晶之間的作用力，來(lái)達(dá)到穩(wěn)定液晶的效果。反轉(zhuǎn)模式與普通模式類(lèi)似，不同的是在基板上還要另外加入聚亞酰胺（polyimide），并且不需要經(jīng)過(guò)摩擦配向，之后在未施加電場(chǎng)的情形之下直接使用高溫使液晶分子重新定向排列。本文試驗(yàn)采用反轉(zhuǎn)模式結(jié)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品、工藝開(kāi)發(fā)，并已實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。最終確定了聚亞酰胺定向材料的型號(hào)選擇以及生產(chǎn)工藝的定型。

2.2 PI均勻性控制工藝開(kāi)發(fā)

雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)電壓較高，而PI膜厚對(duì)此影響較大，需要將膜厚控制在250±25埃，這無(wú)論對(duì)工藝、設(shè)備均有較大的難度。通過(guò)試驗(yàn)，調(diào)整溶液的濃度，尋找到了相應(yīng)的粘度和流平性；調(diào)整機(jī)器的刻滾、凸版滾、壓滾的壓力的參數(shù)匹配，使得凸版的溶液流平性達(dá)到較小的誤差；通過(guò)采用膜厚測(cè)試儀進(jìn)行6點(diǎn)監(jiān)控，以保證膜厚的精度要求。

2.3 高精度低盒厚（2微米）成盒生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)

因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)對(duì)響應(yīng)速度及分子排列的要求，需要較低的盒厚，盒厚精度要達(dá)到2.2±0.15微米，而盒厚越低，均勻性越難實(shí)現(xiàn)，誤差要求越小，否則就會(huì)出現(xiàn)顯示的不均勻性，這在LCD行業(yè)是最小的盒厚范圍了（國(guó)外企業(yè)一般也僅達(dá)到3微米）為了實(shí)現(xiàn)2.2±0.15微米的盒厚精度，通過(guò)使用小粒徑的SPACER（硅球），確定了硅球的精度和硬度特性指標(biāo)；為了保證均勻性，還需要對(duì)顆粒的數(shù)量和均勻性進(jìn)行控制，通過(guò)自主研發(fā)和實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了顆粒計(jì)數(shù)設(shè)備，以保證顆粒的數(shù)量被嚴(yán)格的控制；同時(shí)通過(guò)調(diào)整噴粉溶液（硅球溶液）的濃度，防止了靜電的產(chǎn)生；通過(guò)對(duì)邊框的材料的選擇和配合，達(dá)到了中間和邊緣的一致性；使用通過(guò)自主設(shè)計(jì)的熱壓片機(jī)，使邊框膠的固化達(dá)到壓力的均勻性。

2.4 底面絲印較容易脫落的解決方案

從圖1中可以看出，因?yàn)槠湎缕瑳](méi)有偏光片，因此需要使用一層背景色，傳統(tǒng)采用絲印方式、噴漆，但這樣的方式導(dǎo)致廢品很多，因?yàn)橐娼z印，所以就是有點(diǎn)臟東西就會(huì)造成廢品，同時(shí)絲印的表面也夠平滑，圖2是絲印中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。

同時(shí)因?yàn)橐玫紺OG等模組進(jìn)行組裝等，很容易被劃傷，而采用絲印的方式根本就返不了工，所以損耗就非常大，現(xiàn)采用采用貼膜的方式。下面通過(guò)采用保強(qiáng)帶（英文名PET TAPE）貼附，貼后粘合性好，實(shí)現(xiàn)雙層保護(hù)。具體的實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示。

CH-LCD新工藝貼附雙層復(fù)合黑色保強(qiáng)帶，通過(guò)以上工藝、材料很好的實(shí)現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)的顯示效果，同其他方式相比，制作成本也基本相差不多，足于滿足產(chǎn)品的需求。經(jīng)過(guò)可靠性實(shí)驗(yàn)，性能全部能達(dá)到要求。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)雙穩(wěn)態(tài)的理論的研發(fā)；對(duì)涂PI、噴粉、成盒、灌液、絲印等重點(diǎn)工序克服以上工藝問(wèn)題，成功的制作了雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器。成為了國(guó)際上少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的廠家之一，這樣對(duì)于換畫(huà)面較少的但又要求低功耗的產(chǎn)品提供絕佳的解決方案，比方說(shuō)電子標(biāo)簽、U盤(pán)、廣告等，圖4是制作的相關(guān)樣品。

圖4 制作的相關(guān)樣品圖

參考文獻(xiàn)：

[1] 王新久.液晶光學(xué)和液晶顯示 [M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 楊登科.雙穩(wěn)態(tài)螺旋相液晶顯示器 [J].現(xiàn)代顯示，1994（01）.

作者簡(jiǎn)介：任立海（1977.07—），男，吉林蛟河人，工程師，2000年畢業(yè)于中山大學(xué)材料物理專(zhuān)業(yè)，本科畢業(yè)。研究方向，液晶顯示器相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)及工藝的開(kāi)發(fā)。