雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器制作的工藝難點與解決方法

摘 要：本文基于對目前雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示原理研究，通過對PI、成盒、絲印等重點工序的攻關(guān)及生產(chǎn)設(shè)備的改造與工藝設(shè)計，解決了其中關(guān)鍵工藝難點和技術(shù)參數(shù)要求，開發(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

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A 文章編號：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)液晶顯示器因為具有兩個穩(wěn)定態(tài)，只在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時需要通電，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，因此對于換屏很少的產(chǎn)品具有廣闊的市場，可廣泛應用于U盤、電子標簽、戶外廣告、電子書等。

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)顯示器在沒有電壓的情況下依然顯示，只有在換屏的時候才需要加電，因而可節(jié)省大量的電量，而柔性顯示屏的應用則包括電子閱讀器、電子紙、電子顯示卡、電子貨架標簽、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，與一般被動驅(qū)動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，除了包含被動驅(qū)動電極以及配向?qū)右酝?，為了達到良好的反射效果，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，在不施加電場配向的情況下，膽固醇液晶會傾向成平面螺旋型排列，在符合特定光波長的反射情況下，即可反射出具有色彩的光線，或者是呈現(xiàn)透明狀態(tài)。膽固醇液晶實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)效應的方式有兩種：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），這兩項技術(shù)都是近年來相當熱門的膽固醇液晶顯示技術(shù)之一。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝解決方法

本文試驗在現(xiàn)有TN/STN-LCD/TFT-LCD生產(chǎn)設(shè)備及工藝經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對涂PI、噴粉、成盒、灌液、絲印等重點工序的攻關(guān)及生產(chǎn)設(shè)備的改造與工藝設(shè)計，開發(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)開發(fā)；（2）高精度低盒厚（2微米）成盒生產(chǎn)工藝開發(fā)；（3）PI均勻性控制工藝開發(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，其制作工藝類似半導體技術(shù)，技術(shù)含量非常高、技術(shù)難度大。為實現(xiàn)上述雙穩(wěn)態(tài)顯示技術(shù)與合作伙伴進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)開發(fā)

該技術(shù)最先由美國肯特大學提出，本文試驗與美國肯特大學的技術(shù)持有人合作進行了原理的探討，利用其液晶材料，開發(fā)了兩種雙穩(wěn)態(tài)實現(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，來達到穩(wěn)定液晶的效果。反轉(zhuǎn)模式與普通模式類似，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)過摩擦配向，之后在未施加電場的情形之下直接使用高溫使液晶分子重新定向排列。本文試驗采用反轉(zhuǎn)模式結(jié)構(gòu)進行產(chǎn)品、工藝開發(fā)，并已實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。最終確定了聚亞酰胺定向材料的型號選擇以及生產(chǎn)工藝的定型。

2.2 PI均勻性控制工藝開發(fā)

雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動電壓較高，而PI膜厚對此影響較大，需要將膜厚控制在250±25埃，這無論對工藝、設(shè)備均有較大的難度。通過試驗，調(diào)整溶液的濃度，尋找到了相應的粘度和流平性；調(diào)整機器的刻滾、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到較小的誤差；通過采用膜厚測試儀進行6點監(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)工藝開發(fā)

因為雙穩(wěn)態(tài)對響應速度及分子排列的要求，需要較低的盒厚，盒厚精度要達到2.2±0.15微米，而盒厚越低，均勻性越難實現(xiàn)，誤差要求越小，否則就會出現(xiàn)顯示的不均勻性，這在LCD行業(yè)是最小的盒厚范圍了（國外企業(yè)一般也僅達到3微米）為了實現(xiàn)2.2±0.15微米的盒厚精度，通過使用小粒徑的SPACER（硅球），確定了硅球的精度和硬度特性指標；為了保證均勻性，還需要對顆粒的數(shù)量和均勻性進行控制，通過自主研發(fā)和實驗，開發(fā)了顆粒計數(shù)設(shè)備，以保證顆粒的數(shù)量被嚴格的控制；同時通過調(diào)整噴粉溶液（硅球溶液）的濃度，防止了靜電的產(chǎn)生；通過對邊框的材料的選擇和配合，達到了中間和邊緣的一致性；使用通過自主設(shè)計的熱壓片機，使邊框膠的固化達到壓力的均勻性。

2.4 底面絲印較容易脫落的解決方案

從圖1中可以看出，因為其下片沒有偏光片，因此需要使用一層背景色，傳統(tǒng)采用絲印方式、噴漆，但這樣的方式導致廢品很多，因為要整面絲印，所以就是有點臟東西就會造成廢品，同時絲印的表面也夠平滑，圖2是絲印中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。

同時因為要用到COG等模組進行組裝等，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。下面通過采用保強帶（英文名PET TAPE）貼附，貼后粘合性好，實現(xiàn)雙層保護。具體的實現(xiàn)方式如圖3所示。

CH-LCD新工藝貼附雙層復合黑色保強帶，通過以上工藝、材料很好的實現(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)過可靠性實驗，性能全部能達到要求。

3 結(jié) 論

本文通過對雙穩(wěn)態(tài)的理論的研發(fā)；對涂PI、噴粉、成盒、灌液、絲印等重點工序克服以上工藝問題，成功的制作了雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器。成為了國際上少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的廠家之一，這樣對于換畫面較少的但又要求低功耗的產(chǎn)品提供絕佳的解決方案，比方說電子標簽、U盤、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：

[1] 王新久.液晶光學和液晶顯示 [M].北京：科學出版社，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)于中山大學材料物理專業(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)及工藝的開發(fā)。