一、概述
在人類發(fā)展過程中，書寫和記錄是人類文明的標(biāo)志，紙張已延續(xù)近2000年，直到現(xiàn)在仍然是生活工作中不可或缺的書寫材料。隨著溫室效應(yīng)、無紙化依賴電能等一系列問題的加劇，人類迫切需要替代性的新型環(huán)保材料,用來持續(xù)交流、書寫和記錄?？芍貜?fù)使用材料的研究一直處于全球研發(fā)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、市場創(chuàng)新的前沿，引入新技術(shù)、新工藝、新制程等成為研究投入的重點(diǎn)。
在此契機(jī)下，柔性液晶書寫膜的研究及創(chuàng)新應(yīng)運(yùn)而生。它能解決傳統(tǒng)筆、墨、紙等書寫材料在使用過程中組合繁瑣、反復(fù)采購、污染消耗等問題；它在ITO薄膜之間添加膽甾相液晶，配合物理壓力實(shí)現(xiàn)圖案、字跡的顯示，可結(jié)合電路進(jìn)行控制刷新，可在無背光源的情況下進(jìn)行重復(fù)顯示和書寫，并深度模擬復(fù)制紙張的顯示和書寫效果，真正保留傳統(tǒng)書寫體驗(yàn)的同時更加綠色、更加環(huán)保。
二、技術(shù)起源及現(xiàn)狀
柔性液晶書寫膜是利用雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶的特性，經(jīng)特殊工藝制成的。雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶與電泳技術(shù)類似，都具有雙穩(wěn)態(tài)顯示的特性，即在畫面靜止時不需要用電就能實(shí)現(xiàn)顯示，因此與電泳技術(shù)一樣具備省電特性；雙穩(wěn)態(tài)膽甾液晶屬于反射式顯示，借助日常的外界照明環(huán)境就可進(jìn)行顯示，強(qiáng)光下仍然可視且無反白的問題；雙穩(wěn)態(tài)膽甾液晶不具有液晶性，但是當(dāng)其氫氧基被鹵素取代成鹵素化合物，以及和碳酸（或脂肪酸）產(chǎn)生酯化反應(yīng)之膽固醇衍生；雙穩(wěn)態(tài)膽甾液晶材料具有特殊螺旋結(jié)構(gòu)，而引發(fā)選擇性光散射、旋光性和圓偏光雙色性，可以利用雙穩(wěn)態(tài)膽甾型液晶材料的外加電壓、氣體吸附和溫度等因素而引發(fā)色彩的變化。因此，雙穩(wěn)態(tài)膽甾液晶顯示能讓觀者看液晶顯示的舒適度能夠如同看紙張一樣。
早在上世紀(jì)60年代，液晶顯示器剛剛發(fā)明時，美歐就有眾多學(xué)者及實(shí)驗(yàn)室從事膽甾相液晶相關(guān)的研究；80年代初，相變模式的膽甾相液晶顯示器開始出現(xiàn)；90年代，美國研究結(jié)構(gòu)開始利用膽甾相的雙穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行反射式膽甾相液晶顯示的研究；21世紀(jì)初，國內(nèi)開始雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)用于個人消費(fèi)領(lǐng)域的技術(shù)產(chǎn)品在2015年投放市場，目前國內(nèi)行業(yè)規(guī)模已反超國外，整體技術(shù)水平已持平，某些應(yīng)用領(lǐng)域還處于領(lǐng)先地位。
柔性液晶書寫膜顯示和書寫不耗電、刷新短時用電、可局部修改等特點(diǎn),與之配套的電路設(shè)計涉及到逆變升壓及波形控制，局部擦除涉及到持續(xù)波形控制及輸出等，當(dāng)前研發(fā)重點(diǎn)包括：
1. 提升材料在高低溫、強(qiáng)照射等極端環(huán)境下的書寫顯示效果及使用壽命；
2. 提升顯示和書寫對比度，解決局部擦除關(guān)鍵功能，滿足更多使用場景需求；
3. 簡化工藝、降低成本，大規(guī)?；a(chǎn)工藝和制程的持續(xù)探索、總結(jié)和轉(zhuǎn)化；
4. 開發(fā)更廣更深層的應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)品，面向更寬的消費(fèi)群體。
三、技術(shù)原理
1.利用雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶的特性，將液晶與聚合物調(diào)配形成液晶聚合物，再將液晶聚合物灌裝到ITO薄膜中，經(jīng)UV固化制成柔性液晶書寫膜。
2. 材料結(jié)構(gòu)
①柔性基材：選用高透過率PET材料，厚度僅0.125mm，具有良好的耐彎折性能。因書寫需要，對基材正面特意進(jìn)行霧化防眩及硬化防刮等工藝處理，使用時反光少、耐劃傷。柔性基材反射層為黑色PET基材，用于提高顯示對比度，需具有優(yōu)良的耐彎折性。②透明導(dǎo)電層：即ITO涂層，利用磁控濺射法將金屬氧化物涂布在柔性基材上，從而使柔性基材具有導(dǎo)電性，涂層厚度僅微米級，導(dǎo)電性能良好且透明，太陽光透過率達(dá)80%以上。③雙穩(wěn)態(tài)膽甾相液晶： 具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，液晶分子平行排布在平面內(nèi)，但相鄰平面中分子方向稍有變化，沿平面法線方向做螺旋狀變動，螺距約300NM，其具有極強(qiáng)的旋光性、明顯的圓二向色性和對波長的選擇性反射，該特性是液晶書寫膜的理論基礎(chǔ)。④固化的聚合物：聚合物是由UV膠水及液晶調(diào)配而成，在UV固化過程中，UV膠水固化形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將液晶均勻的分割成小的液滴，并上下粘結(jié)住基材，將小的液晶液滴封裝在內(nèi)，固化的聚合物起到包裹液晶及粘結(jié)基材的作用。
3. 書寫及顯示原理：在柔性液晶書寫膜上書寫時，柔性基材受到筆尖的壓力，將壓力傳導(dǎo)給液晶聚合物使液晶排布結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變化部分反射特定波長的光線，呈現(xiàn)為特定顏色的筆跡；在不施加電場的情況下，液晶結(jié)構(gòu)不會反彈，顯示的筆跡不會消失；在施加電場時，液晶結(jié)構(gòu)在電場的作用下恢復(fù)整齊排布，呈現(xiàn)為筆跡消失。
4. 工藝流程：
5. 局部擦除原理：書寫改變液晶排布后，給液晶結(jié)構(gòu)施加一個微弱的電場，減小書寫部位液晶結(jié)構(gòu)保持現(xiàn)狀的錨定力，這時通過外部施加摩擦力，使液晶結(jié)構(gòu)恢復(fù)到近似整齊排布的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)局部擦除。
四、材料特點(diǎn)及創(chuàng)新
1. 書寫和顯示不耗電、無藍(lán)光、無閃爍、無耗材，書寫過程中無油墨和灰塵污染，杜絕各種書寫場景下油墨、粉塵、輻射等對人體健康的危害。
2. 反復(fù)使用甚至能無墨打印，一片柔性液晶書寫材料的反復(fù)使用次數(shù)，約為同等面積張紙的10萬倍，可大幅度降低書寫場景下的紙張消耗量，節(jié)能環(huán)保。
3. 材料應(yīng)用領(lǐng)域包括：教育裝備、商業(yè)顯示展示、個人消費(fèi)、公共服務(wù)等。
4. 現(xiàn)有應(yīng)用產(chǎn)品：液晶壓感黑板、智慧黑板、液晶手寫板、畫板、告示板、標(biāo)簽板等。
五、關(guān)鍵技術(shù)
1. 聚合物液晶配比：聚合物與液晶的相溶問題，是制成柔性液晶書寫膜的核心技術(shù)，不同的相容性會影響書寫膜的對比度、顯示顏色等性能。液晶與聚合物的配比、聚合物單體之間的選擇和配比影響到膜片的耐劃傷性、書寫筆跡的穩(wěn)定性、清除效果，及書寫膜的耐候性。
2. 局部擦除：是柔性液晶書寫材料應(yīng)用到教育裝備領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，可行的技術(shù)方案有加熱和電路控制等。加熱擦除能耗高、溫度高，對膜片有不可逆的損傷，僅限于原理展示，不具備量產(chǎn)前景；電路控制需要液晶調(diào)配及驅(qū)動電路設(shè)計，受材料本身制約因素較多。
3. UV相分離固化：是液晶書寫膜制程工藝的關(guān)鍵，直接影響到書寫膜生產(chǎn)的可行性，關(guān)系到膜材的粘貼強(qiáng)度、耐彎折性能，以及書寫膜的抗老化性，現(xiàn)有固化方案已較好解決膜材的粘貼強(qiáng)度、抗老化性，但對于極限折彎，還需完善。
4. 制備工藝一致性控制：涉及到材料相容性、制備溫度控制、灌裝壓力一致性、液晶材料粘度控制、材料傳輸速度控制等，現(xiàn)有技術(shù)可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但制備出的產(chǎn)品一致性略有差異，對良率有所影響。
5. 裁切：微小間隔導(dǎo)電膜材裁切短路解決方案，是解決液晶書寫膜生產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵，書寫膜雖具有任意裁切的優(yōu)點(diǎn)，但因ITO膜片的特性及絕緣間隔在微米級，因此裁切時如何解決兩層ITO膜接觸造成的短路，是膜片裁切的關(guān)鍵。
最近幾年，作為新型低功耗書寫面板材料的柔性液晶書寫膜，已在個人消費(fèi)領(lǐng)域（手寫板、計算器、數(shù)碼配件等）得到大量應(yīng)用。目前隨著技術(shù)的不斷更新，以大尺寸液晶壓感黑板為主的相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品正在進(jìn)入教育領(lǐng)域，其一定會為教育裝備帶來健康、智能的變革。
