柔性电子制造技术基础文献综述综述

胆甾型液晶(CLC)与ITO透明导电薄膜实现柔性显示

姓名：long 班级：机械设计制造及其自动化10XX班学号：U2010XXXXX

【内容摘要】最近各大智能手机厂商竞争越来越激烈，除手机之外各种可穿戴性智能终端也在不断发展。部分公司推出“柔性屏”(OLED)手机，其实只是屏幕有着固定的弧度的手机而已。随着技术的不断成熟，真正的柔性显示必将改变我们的生活。本文综合了各科学工作者的研究，对胆甾型液晶显示技术进行归纳和总结。采用 CLC 微胶囊产品制备的 PSCT 薄膜，并与ITO/PET透明电极结合，制备胆甾相液晶显示器件。在直流稳态电压驱动下，显示器件实现了反射式、双稳态、彩色显示效果。

【关键词】胆甾型液晶(CLC)；柔性显示；微胶囊；ITO；TCO

1、胆甾型液晶显示技术

胆甾型液晶材料具有螺旋状结构和双稳态特性【1-3】，其近期的研究热点聚焦于反射式显示，逐渐成为电子纸等柔性显示技术的关键技术和材

料之一。肯特大学研究人员提出的聚合物稳定胆甾型液晶显示模式，改

善了胆甾型液晶的化学稳定性，推动了其在显示领域的应用【4-8】。

1.1胆甾型液晶显示技术的优势

作为一种反射式显示技术，胆甾型液晶显示可采用无源矩阵方式进行驱动，不需要背光源和偏振片。若需要获得彩色显示，可以通过添加不同螺距的旋光剂获得不同波长光的反射，而不需要彩色滤光片。

不管是传统的电子纸技术还是新型的OLED显示，都只能基于主动显示的特性进行产品应用环境的设计；但液晶由于自身不发光，因此可以设计为反射显示模式，这已经在普通液晶显示的产品中得以实现。反射模式使胆甾型液晶产品能够在室外及光线较强的环境下使用，而无需调高亮度，可以实现产品低功耗、长续航时间的使用【9】。

1.2胆甾型液晶显示研究

在胆甾相液晶显示过程中，如何形成稳定的多畴分布是实现双稳态显示的技术关键【10】。在SID2011会议上，台湾的C.Liang等发表了关于低成本、全彩色、低电压以无串扰驱动的胆甾型QVGA液晶显示器件，这是目前最新的研究成果之一【11】。为实现低成本的目标，C.Liang采用在柔性基板上以卷对卷(roll to roll)工艺进行器件制备,器件采用单层结构,如图1.2.1所示。

图1.2.1

在此之前，Y.A. Sha【12】等以聚合物体锚泊作用为基础，以聚合物体锚泊作用为基础，结合栅栏分散作用和聚合物致稳作用制备的柔性PSCT 显示器件。首先采用光聚合的方法得到规整的栅栏，然后将聚合物和液晶混合均匀后注入到栅

栏之间的空隙，之后通过相分离方法在每个微格内形成稳定的 CLC 多畴分布，最后经封装得到和纸张类似的胆甾相液晶显示器，器件结构如图 1.2.2所示。在该结构中，形成微格的聚合物栅栏主要起到分散和保护的作用，使得液晶微滴的大小、数量和位置完全可调控，而每个微格中分散到液晶内部的聚合物则起到取向作用，使 CLC 液晶分子在体锚泊作用下形成稳定多畴分布。研究表明，与单纯的表面取向作用相比，基于该方式的胆甾相液晶显示器具有更好的选择性反射效果（色彩），其最大反射率由 17%上升到 25%。

图1.2.2

Kent Display Corp.是当前开发柔性 PSCT 器件的主导企业，其主要采用微胶囊化方法来实现胆甾相液晶的固定和多畴稳态分布，进而在柔性聚碳酸酯基板及纤维布基板上研制柔性液晶显示器件，器件结构如图 1.2.3所示。基于该结构，一方面利用聚合物的锚泊作用获取了稳定的多畴分布，另一方面使 CLC 被有效地固定到聚合物体系中，降低了压力对显示效果的影响，防止了液晶在器件挠曲过程中的流动，最终实现彩色、双稳态柔性显示。此外，通过控制、筛选液晶微胶囊的大小，可以有效地改善显示器件的电光性能。研究结果表明，当采用粒径为12~17 μm 的 CLC 微胶囊，并控制单层中微胶囊为单层时，对光线的反射率对比度最高可达到 40:1【13】。

图 1.2.3

此外，Fujistu 在 2005 年发布了胆甾相液晶彩色及单色电子纸显示器，Fuji Xerox 采用有机感光体（OPC）和 CLC 微胶囊制备了光电寻址电子纸（Photo-addressable electronic paper）。

1.3胆甾型液晶显示技术发展前景

对于CLC微胶囊的研究，解决了液晶显示受压显示水纹现象的缺陷。随着液晶电光效应的发现、电子显示技术的出现和不断更新，液晶微胶囊在电致变色、显示技术上的应用才开始受到人们的关注，尤其是在柔性显示研究上，液晶微胶囊化工艺表现出了显著的优势。

胆甾型液晶的产品应用以富士通为代表，于2009年3月实现产品量产。该类产品同其他显示技术相比，主要在成本、彩色化以及显示模式等方面存在差异。首先，成本是胆甾型液晶等柔性显示技术推广应用的障碍之一。成本问题，归根结底还是技术问题。目前高端电子书的价格约在400美元左右，如果是柔性显示产品价格会更高；但在苹果iPAD的带动下,平板电脑密集上市,国产PAD产品价格已低于1000人民币。消费者在面临柔性和低价的选择时，平板电脑的优势更明显。因此，如果成本问题不能得到解决，柔性的电子纸产品将无法在激烈的中小尺寸显示市场中获得足够大的市场份额。随着新的工艺的不断发展，相信很快便会解决成本问题，使CLC柔性显示技术得到商业推广，从而彻底改变人们的生活。

2、ITO透明导电薄膜

电子薄膜是微电子技术和光电子技术的基础，发展十分迅速，可用于制作现代电子元器件、半导体单片集成电路、混合集成电路和微片电路等。其中透明导电氧化物(TCO)薄膜由于兼具透明性和导电性两大特性，发展尤为迅速，成为研究热点之一．目前，研究和应用较多的高质

量TCO薄膜有In

2O

3

:Sn(ITO)，SnO

2

:F(TF0)和ZnO:AL(ZAO)等，其电阻率

可低至10-4Ω·cm，研究主要集中在将TCO薄膜沉积在硬质衬底上，广泛应用于平面液晶显示器、太阳能电池电极、节能视窗等。随着科学技术的发展，越来越多的电子器件开始朝柔性化、超薄化方向发展，使得对柔性TCO薄膜的需求日益迫切。其中ITO有望在较低温度的衬底上制备出质量较好的薄膜,因此,本文选择柔性ITO薄膜作为研究课题。

2.1 几种透明导电薄膜的情况

2.1.1 碳纳米管（CNTs）

碳纳米管的结构可以被看成是石墨层卷曲形成的空心筒结构【14】，见图2.1.1它作为一维纳米材料,质量轻、六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学、光学及热力学性能；近些年随着纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来，尤其是CNTs优异的电学性能,在研究领域倍受青睐.如今CNTs已成为一维电子器件材料的热门研究对象。

图2.1.1