共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法
阅读：951发布：2023-03-03
专利汇可以提供共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种共面转换蓝相 液晶 显示器 件 电极 的3D制造方法，所述电极可以深入到蓝相液晶中，降低驱动 电压 。采用叠层制造的方式，按如下步骤进行：（1）设计生成三维数字模型；（2）对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将转化为三维 打印机 能接受和操作的STL格式；（3）进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；（4）制备电极打印浆料；（5）利用3D打印设备 对电极 进行打印，采用 固化 或硬化的方式对材料进行3D成型；（6）将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。本发明有效解决了共面转换蓝相液晶显示器件电极制造工艺复杂，成本高的缺点，且制作灵活性较大。，下面是共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法专利的具体信息内容。
1. 一种共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于，按如下步骤进行：
S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；
S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；
S4：制备电极打印墨水；
S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对电极的材料进行3D成型；
S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
2.根据权利要求1所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于：设计生成所述电极的三维数字模型方法包括计算机三维建模、立体扫描、立体摄像；所述立体扫描包括光学扫描成像、计算机化体层成像、磁共振成像。
3.根据权利要求1所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于：所述3D成型包括光敏材料的立体光固成型、选择性激光烧结、熔融挤出成型、三维喷绘打印。
4.根据权利要求1所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于：所述电极的材料包括金属、合金、氧化铟锡、铝掺杂氧化锌、石墨烯或有机导电材料的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于：所述电极的结构包括突出电极、电极墙或褶皱电极。
6.根据权利要求5所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极结构，其特征在于：所述突出电极的宽度范围为几百纳米到几百微米，高度范围为几百纳米到几十微米，电极间距范围为几微米至几百微米。
7.根据权利要求5所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极结构，其特征在于：所述突出电极的侧视截面形状包括：正方形、长方形、梯形、三角形、半圆形、弧形；俯视截面形状包括直条型、波浪形、Zigzag形、阶梯型。
8.根据权利要求5所述的共面转换蓝相液晶显示器件电极结构，其特征在于：所述突出电极是同种电极材料制造而成的厚电极，或是在具有与电极一样形状的其他材料表面采用喷墨打印电极材料制作而成。
共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及平板显示技术领域，尤其涉及一种共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法。
背景技术
[0002] 与普通液晶相比，蓝相液晶如下四个优点：(1)不需要配向膜，应用于显示技术时，不仅降低了工艺复杂度也降低了成本；(2)响应时间在亚毫秒级别，应用在显示技术中，可以减弱传统液晶显示中由于响应时间引起的动态图像模糊，并且有可能实现时序显示，无需使用滤色膜，既降低工艺复杂度和成本，又提高透光率；(3) 蓝相液晶显示的黑态是光学上各向同性的，因此蓝相的可视角度不仅更广而且是对称的，因此也许可以省略普通液晶显示中使用的光学补偿膜；(4) 当液晶盒厚超过 2-3um 时，蓝相液晶显示的透过率与液晶层的厚度无关，在大尺寸平板显示制造中，液晶分子厚度分布的不均匀不会造成透过率的差异。因此，蓝相液晶显示器被认为将成为下一代液晶显示器的主要显示方式。其中共面转换蓝相液晶显示器可视角度大而受到产业界的关注，然而，共面转换蓝相液晶显示的驱动电压过高，无法使用目前广泛使用的薄膜晶体管（TFT）进行驱动，严重影响其产业化进程。研究人员一方面研制大克尔常数蓝相液晶；另一方面提出新的电极结构，包括突出电极、褶皱电极、电极墙等（可参考中佛罗里达大学吴诗聪课题组发表的学术论文），降低其驱动电压。这些结构电极的特点是具有准三维的结构，使得电极能深入到液晶，从而降低驱动电压。这种准三维结构电极增加了制作工艺的复杂度，且电极参数往往需要根据具体显示器尺寸等参数而改变，一旦参数改变，传统的光刻、印刷、镀膜等制作工艺需重新摸索，需花费大量时间、人力、物力、财力，大大增加显示器成本。
[0003] 3D制造技术是一种叠层增材制造的方式，通过将一个虚拟3D模型经过分层后，对材料进行逐次叠加形成实体的技术，特别适用于复杂三维结构物件，且无需机械加工或任何模具，可成倍降低新产品研发成本，是近年来逐渐成熟和兴起的一种制造技术，并已发展成具有挑战大规模生产方式的能力。
[0004]
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是针对共面转换蓝相液晶器件新型电极结构传统制作工艺难度大、成本高的缺点，提供一种共面转换蓝相液晶器件电极的3D制造方法。
[0006] 一种共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法，其特征在于，所述电极可以深入到蓝相液晶中，降低驱动电压，采用叠层制造的方式制作共面转换蓝相液晶显示器件的电极，按如下步骤进行：S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；
S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；
S4：制备电极打印浆料；
S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对电极的材料进行3D成型；
S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；
S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；
S4：制备电极打印浆料；
S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对电极的材料进行3D成型；
S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
[0008] 所述3D成型包括光敏材料的立体光固成型、选择性激光烧结、熔融挤出成型、三维喷绘打印。
[0010] 所述电极结构包括突出电极、褶皱电极或电极墙。
[0011] 所述突出电极的宽度范围为几百纳米到几百微米，高度范围为几百纳米到几十微米，电极间距范围为几微米至几百微米。
[0012] 所述电极的侧视截面形状包括：正方形、长方形、梯形、三角形、半圆形、弧形；俯视截面形状包括直条型、波浪形、Zigzag形、阶梯型。
[0013] 所述突出电极是同种电极材料制造而成的较厚电极，或是在具有与电极一样形状的其他材料表面采用喷墨打印电极材料制作而成。
[0014] 本发明的显著优点在于：采用叠层3D制造方式制备准三维共面转换蓝相液晶显示器件电极，使电极更好深入到蓝相液晶中，降低驱动电压，制作过程无需开模，工艺简单、成本低。
附图说明
[0016] 图1为本发明共面转换蓝相液晶显示器件3D制作方法的实现流程图。
[0017] 图2为采用同种材料制造较厚突出电极形成共面转换蓝相液晶显示器件结构示意图。
[0018] 图3为采用在其他材料表面制造突出电极形成共面转换蓝相液晶显示器件结构示意图。
[0019] 图4为采用电极墙形成共面转换蓝相液晶显示器件结构示意图。
[0020] 图5为几种突出电极的侧视截面形状示意图。
[0021] 图6为本发明实施例一中突出电极的3D制造示意图。
[0022] 图7为本发明实施例二中突出电极的3D制造示意图。
[0023] 附图中，主要元件标记说明如下：01——上偏光膜；02——下偏光膜；03——玻璃基板；04——蓝相液晶；05——电场线；06——像素电极；07——公共电极； 08——提供电极形状的基底材料；09——电极打印的切片（叠层）；10——3D打印机喷头；061——正方形电极截面；062——长方形电极截面；063——梯形电极截面；064——三角形电极截面；065——拱形电极截面；066——半圆形电极截面。
具体实施方式
[0024] 如图2-4所示，本发明提供一种共面转换蓝相液晶器件电极，所述电极可以深入到蓝相液晶中，降低驱动电压，采用叠层制造的方式制作共面转换蓝相液晶显示器件的电极，按如下步骤进行：S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；
S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；
S4：制备电极打印墨水；
S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对材料进行3D成型；
S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；
S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；
S4：制备电极打印墨水；
S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对材料进行3D成型；
S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
[0025] 设计生成所述电极的三维数字模型方法包括计算机三维建模、立体扫描、立体摄像；所述立体扫描包括光学扫描、CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）。
[0026] 所述3D制造包括光敏材料的立体光固成型、选择性激光烧结、熔融挤出成型、三维喷绘打印。
[0027] 所述电极材料包括金属、合金、氧化铟锡（ITO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、石墨烯、有机导电材料。
[0028] 所述电极结构包括突出电极、褶皱电极、电极墙。
[0029] 所述突出电极的宽度范围为几百纳米到几百微米，高度范围为几百纳米到几十微米，电极间距范围为几微米至几百微米。
[0030] 如图5所示，所述电极的侧视截面形状包括：正方形、长方形、梯形、三角形、半圆形、弧形；俯视截面形状包括直条型、波浪形、Zigzag形、阶梯型。
[0031] 所述突出电极可以是同种电极材料制造而成的较厚电极，也可以是在具有与电极一样形状的其他材料表面采用喷墨打印电极材料制作而成。
[0032] 在图中，为了表示清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状（比如制造引起的偏差）。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
[0033] 为了让一般技术人员更好的理解本发明，下面通过实施例介绍共面转换蓝相液晶器件电极具体的制备方法。
[0034] 实施例一如图6所示，本实施例为当所述突出电极是同种电极材料制造而成的厚电极，其具体方案包括以下步骤：
S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
电极的三维模型，可采用三维CAD软件（如AUTO CAD、UG、Pro/Engineer、SolidWorks）建立，也可采用CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）等方式对工件样品进行扫描，然后转换为三维模型。优选的，本实施例采用AUTO CAD软件进行三维模型的建立，优选的，本实施例设计电极的截面图形为梯形。电极下底边宽度为4微米，上底边宽度为2微米，高度为2微米，电极与电极的间距为4微米，像素电极和公共电极形状和尺寸一致。
S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
电极的三维模型，可采用三维CAD软件（如AUTO CAD、UG、Pro/Engineer、SolidWorks）建立，也可采用CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）等方式对工件样品进行扫描，然后转换为三维模型。优选的，本实施例采用AUTO CAD软件进行三维模型的建立，优选的，本实施例设计电极的截面图形为梯形。电极下底边宽度为4微米，上底边宽度为2微米，高度为2微米，电极与电极的间距为4微米，像素电极和公共电极形状和尺寸一致。
[0035] S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；电极成形前，采用STL格式化处理方式，对CAD模型进行近似处理，消除一些不规则的自由曲面。具体操作为：构造一系列小三角形来逼近自由曲面，其中三角形的大小，有工件所要求的精度来确定，精度要求越高，三角形越小。所构造的三角形中，每一个小三角形平面必须与相邻的各个小三角形平面共两个顶点，且保证在三维模型的所有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏。最后，将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式。
[0036] S3：根据电极所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；利用三维打印机将工件的STL格式三维模型转化为一系列二维截面图形，即对CAD模型进行分层切片，相邻切片层之间的垂直距离为成形层高，层高越小，成形工件的精度和表面品质越好，但成形时间越长。根据3D打印机的精度和打印时间，优选的，本实施例取层高为0.1mm。将三维数字模型沿Z方向离散成一系列有序的二维弧形截面层片，根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成3D打印设备的数控指令。
[0037] S4：制备电极打印墨水；所述电极材料包括金属、合金、氧化铟锡（ITO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、石墨烯、有机导电材料。所述3D制造包括光敏材料的立体光固成型、选择性激光烧结、熔融挤出成型、三维喷绘打印。优选的，本实施例采用三维喷绘打印方法制造电极，电极材料为银纳米颗粒形成的银电极。
[0038] 首先，将10g粒径小于50纳米的银纳米颗粒分散于200ml乙醇溶液中，超声1小时；然后加入0.01g表面张力剂（GSK511）调节溶液的表面张力；接着加入2g松油醇调节墨水的黏度；最后均匀混合后，经0.2微米滤膜过滤形成本实施例用于打印电极的银纳米颗粒墨水。
[0039] S5：利用3D打印设备对电极进行打印，采用固化或硬化的方式对材料进行3D成型；将步骤S5制备的银纳米颗粒墨水放入3D打印设备的进料腔中，3D打印设备将根据三维数字模型制造一系列层片并自动将它们堆积起来，形成所需电极。优选的，本实施例采用具有阵列喷头的3D打印设备，设置喷头的间距等于所需电极的间距，可一次打印多条电极，提高打印速度。
[0040] S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
[0042] 至此，本发明一种共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法完成。
[0043] 实施例二如图7所示，本实施例为当所述突出电极是在不同种材料的基底上喷涂电极材料形成的突出电极，其具体方案包括以下步骤：
S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
电极基底和电极的三维模型，可采用三维CAD软件（如AUTO CAD、UG、Pro/Engineer、SolidWorks）建立，也可采 用CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）等方式对工件样品进行扫描，然后转换为三维模型。优选的，本实施例采用AUTO CAD软件进行三维模型的建立，优选的，本实施例设计电极的截面图形为梯形。电极基底下底边宽度为4微米，上底边宽度为2微米，高度为2微米，电极与电极的间距为4微米，像素电极和公共电极形状和尺寸一致。喷涂的电极层厚度为200纳米。
S1：设计生成共面转换蓝相液晶显示器件电极的三维数字模型；
电极基底和电极的三维模型，可采用三维CAD软件（如AUTO CAD、UG、Pro/Engineer、SolidWorks）建立，也可采 用CT（Computer Tomography）、MRI（Magnetic Resonance Imaging）等方式对工件样品进行扫描，然后转换为三维模型。优选的，本实施例采用AUTO CAD软件进行三维模型的建立，优选的，本实施例设计电极的截面图形为梯形。电极基底下底边宽度为4微米，上底边宽度为2微米，高度为2微米，电极与电极的间距为4微米，像素电极和公共电极形状和尺寸一致。喷涂的电极层厚度为200纳米。
[0044] S2：对三维数字模型进行近似处理，消除不规则的自由曲面，并将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式；打印前，采用STL格式化处理方式，对CAD模型进行近似处理，消除一些不规则的自由曲面。具体操作为：构造一系列小三角形来逼近自由曲面，其中三角形的大小，有工件所要求的精度来确定，精度要求越高，三角形越小。所构造的三角形中，每一个小三角形平面必须与相邻的各个小三角形平面共两个顶点，且保证在三维模型的所有表面上，必须布满小三角形平面，不得有任何遗漏。最后，将三维模型转化为三维打印机能接受和操作的STL格式。
[0045] S3：根据所需精度对处理后的三维数字模型进行分层切片，转化为一系列二维截面图形；利用三维打印机将工件的STL格式三维模型转化为一系列二维截面图形，即对CAD模型进行分层切片，相邻切片层之间的垂直距离为成形层高，层高越小，成形工件的精度和表面品质越好，但成形时间越长。根据3D打印机的精度和打印时间，优选的，本实施例打印电极基底材料时，取层高为0.1mm，打印电极材料时，取层高0.05mm。将三维数字模型沿Z方向离散成一系列有序的二维弧形截面层片，根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成3D打印设备的数控指令。
[0046] S4：制备电极打印墨水；所述电极材料包括金属、合金、氧化铟锡（ITO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、石墨烯、有机导电材料。所述电极基底材料包括聚合物材料、玻璃材料等。所述3D制造包括光敏材料的立体光固成型、选择性激光烧结、熔融挤出成型、三维喷绘打印。优选的，本实施例采用立体光固成型方法打印光敏树脂；采用三维喷绘打印方法制造电极，电极材料为石墨烯墨水形成的石墨烯电极。
[0047] 光敏树脂可选用现成的商品，优选的，本实施例选用WBSLA2820透明光敏树脂。石墨烯墨水制备方法如下：首先， 将5g石墨片放入100ml乙基纤维素溶液中，并置于超声设备超声3小时，超声功率为100W，频率为40KHz；然后置于高速离心机中，第一次在7500rpm转速下离心10分钟，取出没有反应完全的石墨片；第二次在7500rpm转速下离心5小时，取出其中的溶剂，留下高浓度的石墨烯溶液，即石墨烯墨水。
[0049] 然后，将步骤S5制备的石墨烯墨水放入3D打印设备的进料腔中，3D打印设备将根据三维数字模型制造一系列层片并自动将它们堆积起来，形成所需电极。
[0050] S6：将打印成型的电极进行后续处理，形成所需共面转换蓝相液晶显示器件的电极。
[0051] 将步骤S6制成的突出电极置于60℃烘箱中干燥1小时形成所需石墨烯电极。
[0052] 至此，本发明一种共面转换蓝相液晶显示器件电极的3D制造方法完成。
[0053] 上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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