双稳态液晶显示器制作的工艺难点与解决方法

摘 要：本文基于对目前双稳态液晶显示原理研究，通过对PI、成盒、丝印等重点工序的攻关及生产设备的改造与工艺设计，解决了其中关键工艺难点和技术参数要求，开发出多种颜色彩色双稳态液晶显示器，为需要低功耗的产品提供了选择。

关键词：双稳态液晶显示器；低盒厚；PI；丝印

中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：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

双稳态液晶显示器因为具有两个稳定态，只在状态转换时需要通电，相比传统TN/STN液晶显示器具有节能省电、宽视角、易于彩色化等优点，因此对于换屏很少的产品具有广阔的市场，可广泛应用于U盘、电子标签、户外广告、电子书等。

1 理论基础研究

1.1 什么是双稳态液晶显示器

双稳态，顾名思义就是具有两个稳定的状态，常规的LCD只有在加电的情况才能显示，而双稳态显示器在没有电压的情况下依然显示，只有在换屏的时候才需要加电，因而可节省大量的电量，而柔性显示屏的应用则包括电子阅读器、电子纸、电子显示卡、电子货架标签、服装/可穿戴产品以及其它新颖的產品。

1.2 双稳态LCD基于胆固醇液晶显示技术

胆固醇液晶显示（Cholesteric Liquid Crystal Display）是一种非传统的显示技术，即使移除控制板的供电，影像仍会保留在显示器上。它的影像可媲美在纸上阅读，功能包括高对比、视角宽阔、高反映度及在日光下仍维持极高的可读性，此外产品还具有双稳态、能耗低的特质。

1.3 胆固醇液晶显示器的工作原理

在组成组件上，与一般被动驱动液晶一样包含了上下基板、间隙子以及黑色吸收材质，其中上下基板材质可为玻璃或塑料基板，除了包含被动驱动电极以及配向层以外，为了达到良好的反射效果，间隙子的大小约为螺距的6-8倍左右。

胆固醇液晶的材料结构类似于胆固醇分子。除了纯粹的胆固醇液晶，延伸材料还有添加旋光剂的向列型液晶，或是添加胆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长和光电特性。向列型液晶在添加了旋光剂之后，液晶材料就会产生螺旋结构。将胆固醇液晶置于两片水平的基板中，在不施加电场配向的情况下，胆固醇液晶会倾向成平面螺旋型排列，在符合特定光波长的反射情况下，即可反射出具有色彩的光线，或者是呈现透明状态。胆固醇液晶实现双稳态效应的方式有两种：一种是表面安定型（Surface Stabilized Cholesteric Texture，SSCT）；另一种则是高分子安定型（Polymer Stabilized Cholesteric Texture，PSCT），这两项技术都是近年来相当热门的胆固醇液晶显示技术之一。

2 产品结构设计及工艺解决方法

本文试验在现有TN/STN-LCD/TFT-LCD生产设备及工艺经验的基础上，通过对涂PI、喷粉、成盒、灌液、丝印等重点工序的攻关及生产设备的改造与工艺设计，开发生产黑白、红色、兰色、绿色等多种单色及大尺寸彩色双稳态液晶显示器模组，并用塑料基片替代传统的玻璃基板开发生产柔性双稳态液晶显示器。

解决的关键技术如下：（1）基于胆固醇液晶材料的双稳态显示技术开发；（2）高精度低盒厚（2微米）成盒生产工艺开发；（3）PI均匀性控制工艺开发；（4）底面丝印较容易脱落的解决方案。

双稳态液晶显示器的制程与传统液晶显示器相似，但工艺要求更高。本研究是液晶显示技术发展的最前沿技术之一，其制作工艺类似半导体技术，技术含量非常高、技术难度大。为实现上述双稳态显示技术与合作伙伴进行了大量的胆固醇液晶材料及显示技术研究、双稳态液晶显示器制程工艺研究。提高产品稳定性、良品率与可靠性的研究。

2.1 基于胆固醇液晶材料的双稳态显示技术开发

该技术最先由美国肯特大学提出，本文试验与美国肯特大学的技术持有人合作进行了原理的探讨，利用其液晶材料，开发了两种双稳态实现模式：一种为普通模式，另一种则是反转模式。普通模式主要是将垂直螺旋行状态稳定的保存在0伏特的电压之下，在制作方法上，则是将液晶、旋光剂、光起始剂与高分子单体依特定比例混合，并使用未经表面处理过的ITO基板，灌入ITO基板之后，再以紫外光照射，利用高分子单体与液晶之间的作用力，来达到稳定液晶的效果。反转模式与普通模式类似，不同的是在基板上还要另外加入聚亚酰胺（polyimide），并且不需要经过摩擦配向，之后在未施加电场的情形之下直接使用高温使液晶分子重新定向排列。本文试验采用反转模式结构进行产品、工艺开发，并已实现了小批量生产。最终确定了聚亚酰胺定向材料的型号选择以及生产工艺的定型。

2.2 PI均匀性控制工艺开发

双稳态驱动电压较高，而PI膜厚对此影响较大，需要将膜厚控制在250±25埃，这无论对工艺、设备均有较大的难度。通过试验，调整溶液的浓度，寻找到了相应的粘度和流平性；调整机器的刻滚、凸版滚、压滚的压力的参数匹配，使得凸版的溶液流平性达到较小的误差；通过采用膜厚测试仪进行6点监控，以保证膜厚的精度要求。

2.3 高精度低盒厚（2微米）成盒生产工艺开发

因为双稳态对响应速度及分子排列的要求，需要较低的盒厚，盒厚精度要达到2.2±0.15微米，而盒厚越低，均匀性越难实现，误差要求越小，否则就会出现显示的不均匀性，这在LCD行业是最小的盒厚范围了（国外企业一般也仅达到3微米）为了实现2.2±0.15微米的盒厚精度，通过使用小粒径的SPACER（硅球），确定了硅球的精度和硬度特性指标；为了保证均匀性，还需要对颗粒的数量和均匀性进行控制，通过自主研发和实验，开发了颗粒计数设备，以保证颗粒的数量被严格的控制；同时通过调整喷粉溶液（硅球溶液）的浓度，防止了静电的产生；通过对边框的材料的选择和配合，达到了中间和边缘的一致性；使用通过自主设计的热压片机，使边框胶的固化达到压力的均匀性。

2.4 底面丝印较容易脫落的解决方案

从图1中可以看出，因为其下片没有偏光片，因此需要使用一层背景色，传统采用丝印方式、喷漆，但这样的方式导致废品很多，因为要整面丝印，所以就是有点脏东西就会造成废品，同时丝印的表面也够平滑，图2是丝印中经常出现的问题。

同时因为要用到COG等模组进行组装等，很容易被划伤，而采用丝印的方式根本就返不了工，所以损耗就非常大，现采用采用贴膜的方式。下面通过采用保强带（英文名PET TAPE）贴附，贴后粘合性好，实现双层保护。具体的实现方式如图3所示。

CH-LCD新工艺贴附双层复合黑色保强带，通过以上工艺、材料很好的实现了双稳态的显示效果，同其他方式相比，制作成本也基本相差不多，足于满足产品的需求。经过可靠性实验，性能全部能达到要求。

3 结 论

本文通过对双稳态的理论的研发；对涂PI、喷粉、成盒、灌液、丝印等重点工序克服以上工艺问题，成功的制作了双稳态液晶显示器。成为了国际上少数能够实现的厂家之一，这样对于换画面较少的但又要求低功耗的产品提供绝佳的解决方案，比方说电子标签、U盘、广告等，图4是制作的相关样品。

图4 制作的相关样品图

参考文献：

[1] 王新久.液晶光学和液晶显示 [M].北京：科学出版社，2006.

[2] 杨登科.双稳态螺旋相液晶显示器 [J].现代显示，1994（01）.

作者简介：任立海（1977.07—），男，吉林蛟河人，工程师，2000年毕业于中山大学材料物理专业，本科毕业。研究方向，液晶显示器相关产品的技术及工艺的开发。