CN101868749B - 制造电润湿装置的方法、执行该方法的设备和电润湿装置 - Google Patents

Abstract

一种制造电润湿装置的方法，该电润湿装置包括第一基板、第二基板和密封件。本方法包括：将第一流体和第二流体施加到第一基板上的第一步骤，第一和第二流体不相混合；将密封件附设至第一基板的后续的第二步骤；将密封件附设至第二基板的步骤；附设密封件，形成由第一基板、第二基板和密封件围住的腔体，该腔体包含第一流体和第二流体；以及使密封件固化的步骤。

Description

制造电润湿装置的方法、执行该方法的设备和电润湿装置

技术领域

本发明涉及一种制造电润湿装置的方法、一种用于执行该方法的设备以及一种根据该方法制造的电润湿装置。

背景技术

显示装置通常包括密封在一起以形成腔体的两个基板，该腔体包含表现出显示效果的装置。在LC显示装置中，该装置是液晶材料。有两种常见的用于LC显示装置的制造方法。第一种方法将密封材料的图案布置在基板上，将第二基板附设至密封材料，从而在两个基板之间形成腔体。腔体具有开口，通常在真空下通过该开口用LC材料填充腔体。

第二种方法(所谓的一滴式(one-drop)填充)尤其从美国专利申请2005/0094084中得知。其将密封材料的闭合图案布置在基板上，从而形成一系列敞开的容器。将一滴LC材料分配到每个容器内。将第二基板附设至密封材料，封闭容器并形成一系列用LC材料填充的密封腔体。必须精确地选择液滴的大小，以避免腔体的过充满和未充满。

将这些显示技术应用于电润湿装置导致具有低产量的费力的方法，并且无法产生令人满意地运作的装置。尤其当装置是电润湿显示装置时，腔体的填充通常导致显示器上的显示效果的不可接受的不均匀性。

因此，本发明的目的是提供一种改进的制造电润湿装置的方法、一种用于执行该方法的设备以及一种改进的电润湿装置。

发明内容

本发明的目的以制造电润湿装置的方法实现，所述电润湿装置包括第一基板、第二基板和密封件，所述方法包括：将第一流体和第二流体施加到第一基板上的第一步骤，第一和第二流体不相混合；将密封件附设至第一基板的后续的第二步骤；将密封件附设至第二基板的步骤；附设密封件，形成由第一基板、第二基板和密封件围住的腔体，腔体包含第一流体和第二流体；使密封件固化的步骤。

在最终的装置中，密封件附设至第一基板和第二基板。本发明尤其涉及将密封件附设至基板的顺序，并且形成用于制造装置的其它步骤。

本方法在将密封件附设至第一基板之前将第一和第二流体施加至第一基板。密封件与已有装置中的第一和第二基板连接。包含流体的腔体由第一基板、第二基板和密封件围住。在将第一和第二流体施加到第一基板上的过程中，第一基板基本上没有障碍物，例如，密封件的突起。障碍物可影响将流体定量供给(dosing)到基板上。当第一基板的表面基本上是平的时，流体的定量供给将仅取决于表面的可湿性和两种流体的特性，产生精确且可靠的定量供给。因此，与使用设置有密封件的基板的现有技术方法相比，根据本发明的方法允许更好地控制流体的定量供给。

根据本发明的方法无需像用于一滴式填充的现有技术方法中所必须的精确用量。本方法特别适于在水下制造电润湿装置，例如，第二流体是水且第一流体可以是油时的装置。

可在将流体施加到第一基板之前或之后执行将密封件附设至第二基板的步骤。可在通过密封件组合两个基板之后执行密封的固化。可替代地，可延迟使用固化效果，允许在组合基板之前执行固化(例如，辐射)的引发，在组合之后进行固化。

本方法特别适于制造电润湿装置，例如，透镜、滤光片、芯片上的实验室，且尤其是电润湿显示装置。围住一个腔体的两个基板可形成包括一个图像元素或多个像素元素的显示装置。

在电润湿装置的特殊实施方式中，可将第一流体施加至两个基板。在此情况中，优选地，在将密封件附设至基板之前将流体施加至两个基板。

本方法也可用来制造包括三个或更多基板的电润湿装置，每两个基板通过密封件接合。在填充最初的两个基板并使用根据本发明的方法将它们连接之后，可再次使用本方法将这对基板连接至第三基板。可将第一流体施加至每对基板中的一个或两个上。

可在组合第一和第二基板之前将密封件附设至第二基板，该应用具有的优点在于：在不存在流体的情况下，可将密封材料附设至第二基板。也可在将流体施加到第一基板上之后且在组合两个基板之前将密封件附设至第一基板。也可在一个动作中组合两个基板和密封件。

可将密封件以特定图案施加到基板上。这可通过将密封材料从注射器直接分配到基板上或通过使用丝网印刷术来实现。可替代地，密封件可以是图案化的密封件，也被称作密封框，在接合之前制造并具有预定图案。这种密封框的使用可简化装置的制造，例如，通过使用来自辊(roll)的图案化层。

图案化的密封件的特殊实施方式以如下顺序包括第一密封材料层、固体材料的载体和第二密封材料层。密封材料的层和载体优选地具有预定图案的形式。载体向图案化的密封件提供尺寸稳定性，便于在施加到基板上之前对密封材料进行处理。由于载体变成最终的装置的一部分，所以该载体也可有助于将两个基板保持在规定距离处。

可通过将一个图案化的密封件布置在另一个图案化的密封件的顶部上而在基板之间形成密封。在此情况中，密封以如下顺序包括密封材料、第一载体、密封材料、第二载体和密封材料。

如果密封件包括剥落层或衬里，那么便于对密封件进行处理。剥落层也可具有预定图案。优选地，在组合两个基板之前不久去除剥落层。在将图案化的密封件施加到基板上与组合两个基板之间的时间内，将不会污染密封材料。密封件也可在两侧上具有剥落层。在将密封件施加到基板上之前，去除一个剥落层。在组合两个基板之前，去除另一个剥落层。

本方法可包括在密封件中形成图案的步骤。能够以任何适当的方式形成图案，优选地使用激光切割或冲切(die cutting)。可在密封材料、载体和/或剥落层中形成图案。

在电润湿装置中，第二流体优选地是导电的或具有极性的，并且，第一基板设置有对于第二流体不大可湿的第一表面区域以及对于第二流体更加可湿的第二表面区域，本方法包括将密封材料施加到第二表面区域上的步骤。在将第一和第二流体施加到第一基板上之后，第一流体将在对于第二流体不大可湿的区域上形成薄层，并且第二流体将覆盖此薄层并在对于第二流体更加可湿的第二表面区域处邻接第一基板。

当将密封件设置在第二表面区域中时，密封材料将仅与第二流体接触，并且可优化成用于将第二流体保持在腔体内。相比之下，如果将密封件施加到第一表面区域上，那么密封材料将与第一流体和第二流体接触。难于研发出一种能够将第一和第二流体保持在腔体内的密封材料。在第一和第二流体分别是油和水的情况中，在比第一表面区域更亲水的第二表面区域上设置密封材料。

优选地，通过存在于第一基板上的一层第二流体而将密封件粘附至第一基板的第二表面区域，将密封件施加至第一基板。

可通过在密封件上施压来将密封材料粘附至基板。施加压力是一种尤其适于密封电润湿装置的可靠方法。可使用UV辐射、施加增加的温度或使用作为单独的固化步骤或组合的还原时间来使密封材料固化。

根据本发明的方法特别适于制造多个电润湿装置，其中，第一基板为这些装置所共有，并且本方法包括在形成腔体之后切割第一基板的步骤。可使用划线和断开来执行玻璃基板的切割。通常将在使密封材料固化之后执行切割。

本方法可用于制造具有共有的第一基板和单独的第二基板的多个装置。本方法包括对每个装置设置密封件并组合每个第二基板和共有的第一基板的步骤。在密封之后切割第一基板。该处理允许第二基板的形状与第一基板的形状不同。第二基板的形状不需要适于划线和断开。

本方法还可用于制造具有共有的第一基板和共有的第二基板的多个装置。本方法包括以下步骤：对这些装置设置共有的密封件和第二基板；组合共有的第一基板和共有的第二基板；以及切割第一基板和第二基板。

优选地，在连续的处理中执行本方法的至少一个步骤。例如，可从辊供给第一基板、第二基板和/或密封件。如果成品、电润湿装置缠绕在辊上，那么本方法可进一步自动化，从而形成辊对辊式(roll-to-roll)处理。

本发明的另一方面涉及一种使用根据本发明的方法而用于制造电润湿装置的设备。

本发明还涉及一种电润湿装置，其包括通过密封件接合并形成腔体的第一基板和第二基板，该腔体包含第一流体和导电的或具有极性的第二流体，第一流体和第二流体不相混合，第一基板设置有对于第二流体不大可湿的第一表面区域以及对于第二流体更加可湿的第二表面区域，其中，密封件布置在第二表面区域上。

本发明进一步涉及一种电润湿装置，其包括通过密封件接合并形成腔体的第一基板和第二基板，该腔体包含第一流体和导电的或具有极性的第二流体，第一流体和第二流体不相混合，第一基板设置有对于第二流体不大可湿的第一表面区域以及对于第二流体更加可湿的第二表面区域，其中，密封件包括压敏粘合剂。当密封材料是压敏粘合剂时，通过施压的密封的粘附可相对简单地结合到制造电润湿装置的方法中。

密封件可在两层密封材料之间包括固体材料的载体，形成明确限定厚度的构件。

第一基板和第二基板可具有不同的形状。

从以下参照附图对仅以实例方式给出的本发明的优选实施方式的描述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1a示出了第一基板的俯视图；

图1b示出了第二基板的俯视图；

图1c示出了组装之前的基板的横截面；

图1d示出了组装之后的基板的横截面；

图2a示出了包括密封材料的密封框的横截面；

图2b示出了可替代密封框的横截面；

图3a和图3b示出了接合之前的两个基板；

图4示出了多个装置的横截面和俯视图；

图5示出了多个装置的俯视图；

图6示出了多个装置的横截面和俯视图；

图7示出了用于制造装置的设备。

具体实施方式

图1示出了使用根据本发明的方法组装两个基板以形成电润湿装置。电润湿装置的实施方式是具有四个图像元素(picture element)的电润湿显示装置。电润湿装置包含第一流体和第二流体。第一和第二流体不相混合。第一流体是不导电的，并且例如可以是烷烃，比如十六烷或(硅)油。第一流体优选地是不透明的，但是可以是彩色的或白色的。第二流体是导电的或具有极性的，并且可以是水或盐溶液，例如，氯化钾在水和乙醇的混合物中的溶液。第二流体优选地是透明的，但是可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。

图1a示出了第一基板1的俯视图。第一基板包括对于第二流体不大可湿的四个第一表面区域2以及对于第二流体更加可湿的第二表面区域3。第二表面区域围住第一表面区域。四个第一表面区域与显示装置的四个图像元素对应，并且布置在显示区域4内。当第一流体是油且第二流体是水时，第一表面区域是疏水的，而第二表面区域是亲水的。

表面区域的可湿性特性可通过适当选择基板材料、处理基板表面、或者将层应用在基板表面上而获得。为了清楚起见，图中将表面区域示出为层。当基板材料提供第二表面区域3的特性时，第二表面区域延伸至图1a中的基板1的边缘。

第一表面区域例如可由无定形的含氟聚合物层(例如，AF1600或另一低表面能量聚合物)形成。因为疏水层相对于第一流体的可湿性高于其相对于第二流体的可湿性，疏水特性导致第一流体优先地粘附至第一表面区域。第二表面区域可由光致抗蚀层(例如，SU8)形成。在说明密封材料附设至或流体施加于基板或表面或基板的表面区域的地方，基板被认为是包括任何布置在基板上的固体层，例如，控制可湿性的上述层。

可湿性与用于固体的表面的流体的相对亲和力相关。可湿性随着亲和力的增加而增加，并且，可湿性可通过流体与固体之间形成的且在感兴趣的流体内测量的接触角来测量。这从成大于90°的角的相对无可湿性增加至当接触角是0°时的完全可湿性，在完全可湿性情况中，流体趋向于在固体的表面上形成薄膜。

图1b示出了第二基板5的俯视图。密封材料以预定图案布置在基板上，在此实施方式中，该预定图案是具有围住显示区域4的形状的方形6。密封材料可使用制造为遵循预定图案的注射器分配。为了避免由于注射的启动而导致图案中的材料的不均匀厚度，注射优选地在显示区域外部启动，且然后朝着预定图案继续。可替代地，密封材料可具有能布置在基板上的密封框的形式。

图1c示出了组装两个基板之前的第一基板1和第二基板5的横截面。横截面沿着图1a中的线A-A。图1c也以横截面示出了条状的密封材料6。

第一基板已仅邻接第一表面区域2设置有第一流体7。将第一流体施加到第一基板上的方法是，将基板浸没到第二流体(例如，水)的浴中。通过具有靠近表面且浸没到第二流体中的细长开口的分配器将第一流体(例如，油)分配到基板的表面上。使分配器在表面上在与开口的纵向方向垂直的方向上移动。使第一流体作为第一流体的薄膜分配在分配器的长度上。由于表面包括相对于第一流体比对于第二流体更加可湿的第一表面区域以及对于第二流体更加可湿的第二表面区域，所以第一流体将优先地邻接第一表面区域并将不覆盖第二表面区域。

当使用施加第一流体的上述方法时，优选地在第二流体的浴中执行接合两个基板的步骤。将第二基板5放入该浴中，此时应注意，没有空气被困在基板下面。

将两个基板1和5对准并压在一起，从而使两个基板获得如图1d所示的期望的相互距离。密封材料在两个基板之间形成密封件8。密封件封闭两个基板之间的腔体9。腔体包含邻接第一表面区域2的第一流体7以及被困在腔体中的第二流体10。图是示意性的，为了清楚起见，放大部分尺寸。

密封8形成在第二表面区域3上，在此实施方式中，第二表面区域是亲水区域。由于没有第一流体邻接此区域，所以密封的腔体侧仅与第二流体邻接。对于一种流体，可优化密封材料的选择。如果密封形成在第一区域之一上，那么第一流体将邻接密封的下部，而第二流体将邻接密封的上部。相对难于找到一种能承受两种这样的不同流体(比如第一和第二流体)的密封材料。

密封材料6优选地是压敏粘合剂(PSA)，例如可从3M获得的。材料在压力的应用下粘附至基板。密封件可通过施加UV光而固化。密封件的厚度可以在10μm至100μm之间。应该指出，与油的接触会破坏大多数压敏粘合剂的粘附。

基板例如可由玻璃或聚合物制成，并且可以是刚性的或柔性的。图1d所示的显示装置具有可在其上看到由显示装置形成的图像或显示的观看侧12以及后侧13。第一基板1面向后侧；第二基板5面向观看侧12。在可替代实施方式中，可从后侧13看到显示。显示装置可以是反射、透射或透反类型的。

第一流体7在第一表面区域2上的位置可由通过电极(图中未示出)施加的电场控制。电极的细节和装置的运作在国际专利申请WO03/071346中描述。

图2示出了密封框形式的密封件的两个不同实施方式。这种密封框允许以除使用注射器的上述方法之外的不同方式将密封材料施加在基板上。图2a示出了密封件15的横截面。密封框包括具有密封装置的腔体所需的预定形状的密封材料的层16。密封框可在一侧上设置有剥落层17，如图所示，但是也可在两侧上设置。剥落层可向密封框提供强度，便于其处理并允许将密封框储存在辊(roll)上。剥落层必须在接合两个基板之前从密封材料去除。剥落层可在将密封框浸没在第二流体的浴中时且在接合两个基板之前不久去除。剥落层可具有预定形状，但是其也可以是没有预定形状的板或带子。

图2b示出了在固体材料(例如，诸如PET的聚合物)的载体21的两侧上具有密封材料的两个层19和20的可替代密封件18。密封材料和载体具有预定形状。密封框可具有由虚线指出的剥落层22。每个密封材料的层的厚度均可以是25μm，并且载体的厚度可以是25μm。

在制造电润湿装置的过程中，在将第二基板接合至第一基板1之前，可将密封件或密封框15或18附设至第二基板5。接合之前的基板1和5的横截面与图1c所示的横截面相似。可替代地，在将流体施加至此基板之后，可将密封框附设至第一基板。接合之前的基板的横截面在图3a中示出。也可以将密封框对准在两个基板之间，并将两个基板与密封框压在一起，如图3b所示。

在用于执行根据本发明的方法的设备中之前，可将密封框以预定图案制成。密封框可以是分开的密封框，以由设备从库房获得，或者这些密封框例如可通过剥落层接合，以形成可滚动的带子。

可替代地，作为制造方法的一部分，可切割密封框。为此，设备需要其中例如通过激光或冲切密封框的位置。将图案化的密封框从此位置运输至接合基板的位置。

根据本发明的制造电润湿装置的方法特别适于在单个基板上制造多个电润湿装置。图4示出了单个基板上的多个装置的横截面和俯视图。此实施方式所示的装置的个数是十二，由三行每行四个装置组成。对于十二个装置26中的每个，第一基板25设置有与图1a相似的第一和第二表面区域的图案。装置之间的表面区域27具有与第二表面区域相同的可湿性。第一基板为每个装置所共有，而每个装置26具有其自己的第二基板28。

在制造过程中，将第一和第二流体施加至第一基板25。然后，在对准于第一基板的适当位置之后，将第二基板28中的每个接合至第一基板。可通过上述方法中的任一种施加密封材料29。当施加至第二基板时，每个第二基板均分别设置有密封材料。当施加至第一基板时，对于所有十二个装置，可将密封材料以单个图案施加。优选地，在第二流体的浴中执行接合。在使密封件固化之后，切割第一基板以分离装置。当第一基板由玻璃制成时，切割将包括划线和断开工序。

图5示出了切割之前的一系列装置的俯视图。装置具有共有的第一基板30和单独的第二基板31。第二基板具有偏离矩形的且可相对简单地制造的特殊形态。然而，如果装置具有共有的第二基板，那么相对难于制造这些形状，尤其是当切割需要划线和断开时。第二基板31可弯曲，例如，使腔体具有圆顶形状。

图6示出了具有两个共有基板的多个装置的横截面和俯视图。第一基板35设置有与图4中的第一基板25相似的第一和第二表面区域的图案。在填充流体之后，将第二基板36接合至第一基板。当例如通过布置在第二基板的表面之一上的滤色片而使第二基板36图案化时，必须在接合之前将两个基板对准。例如，可将密封材料37以单个图案施加至第一或第二基板。在使密封固化之后，切割第一和第二基板。图中示出了第二基板上由阴影指出的线38，将沿着这些线从基板切下装置。

可使制造电润湿装置的过程完全机械化。在执行根据本发明的方法之前，优选地通过将诸如电极、电子器件和任何光学层(例如，用于反射、吸收或透射的光学层)的元件施加到基板的表面上并使表面区域具有所需的可湿性特性来处理第一基板。类似地，应使第二基板设置有任何所需的层，例如，滤色片。当加工断开的构件(例如，基板和密封件)时，可用取放机(pick-and-place machine)拾取这些构件并根据本方法进行组装。

图7示意性地示出了一种使用辊对辊式处理制造电润湿装置的设备。从辊46供给包括密封框的带子45。带子可以是剥落层。密封框包括在两侧上具有粘合剂的载体材料。可选的切割站47从载体材料和粘合剂切下预定图案，并将载体材料切成分开的载体。辊46上的载体可能已经设置有预定图案，在此情况中，切割站不是必需的。辊48提供带子49，该带子具有附设至其的分开的第二基板。使布置在带子49下方的第二基板和布置在带子45的顶部上的密封框在组装站50中接合。然后，通过辊51从组装的第二基板和密封件去除带子45，并将该带子收集在卷起的辊52上。

辊53提供包括第一基板的带子54。带子49和54将构件运输到包括第二流体56的浴55中。在该浴中，布置在带子49下方的第二基板面对布置在带子54的顶部上的第一基板。将填充组装站57部分地布置在浴上方和浴中，且然后执行填充第一基板并接合两个基板的两个步骤。在填充步骤中，使两个带子49与54之间的距离大到足以使分配器越过第一基板以将第一流体分配到第一基板上。为了清楚起见，图中未示出分配器。在填充步骤之后，将第二基板和第一基板对准并且使它们紧密接触。在接合步骤中，将两个基板压在一起并使两个基板之间的密封固化，形成组装的装置。

两个带子49和54将组装的装置运输到浴55之外。辊58从装置去除带子49，并将该带子引导至卷起的辊59。将支持装置的带子54供应至卷起的辊60。

上述实施方式应理解为本发明的示意性实例。能构想本发明的其它实施方式。应理解，与任何一个实施方式相关的所述任何特征都可以单独使用、或与所述其它特征组合使用，并且也可与任何其它实施方式、或任何其它实施方式的任何组合的一个或多个特征组合使用。此外，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的前提下，也可使用上面未描述的等同物和修改。

Claims (18)

1.一种制造电润湿装置的方法，所述电润湿装置包括第一基板、第二基板和密封件，所述方法包括：

将第一流体和第二流体施加到所述第一基板上的第一步骤，所述第一流体是不导电的，所述第二流体是导电的或具有极性的，并且，所述第一基板设置有相对于所述第二流体不大可湿的第一表面区域以及对于所述第二流体更加可湿的第二表面区域，所述第一和第二流体不相混合；

将所述密封件附设至所述第一基板的后续的第二步骤；

将所述密封件附设至所述第二基板的步骤；

附设所述密封件，形成由所述第一基板、所述第二基板和所述密封件围住的腔体，所述腔体包含所述第一流体和所述第二流体；

使所述密封件固化的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，包括在组合所述第一基板和所述第二基板之前将所述密封件以预定图案施加到所述第二基板上的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，包括将所述密封件作为具有所述预定图案的图案化的密封件来设置的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述密封件以如下顺序包括第一密封材料层、固体材料的载体和第二密封材料层。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述密封件包括剥落层。

6.根据权利要求1所述的方法，包括在所述密封件中形成图案的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，在所述密封件中形成图案的步骤通过激光切割或冲切形成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括将所述密封件施加到所述第二表面区域上的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，包括通过存在于所述第一基板上的一层所述第二流体将所述密封件粘附至所述第二表面区域的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在所述密封件上施压将所述密封件粘附至所述基板。

11.根据权利要求1或10所述的方法，其中，所述密封件的固化包括对所述密封件施加UV辐射或热量。

12.一种制造多个电润湿装置的方法，其中，所述多个电润湿装置中的每个通过根据权利要求1所述的方法制造，其中，所述第一基板为所述装置所共有，所述方法包括在形成所述腔体之后切割所述第一基板的步骤。

13.根据权利要求12所述的制造多个电润湿装置的方法，包括以下步骤：对每个所述装置设置密封件和第二基板；以及组合每个所述第二基板和共有的第一基板。

14.根据权利要求13所述的制造多个电润湿装置的方法，其中，在切割所述第一基板和所述第二基板之后，所述第一基板和所述第二基板具有不同的形状。

15.根据权利要求12所述的制造多个电润湿装置的方法，包括以下步骤：对所述装置设置共有的密封件和第二基板；组合共有的第一基板和共有的第二基板；以及切割所述第一基板和第二基板。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的制造多个电润湿装置的方法，其中，在连续的处理中执行至少一个步骤。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电润湿装置是电润湿显示装置。

18.根据权利要求12所述的制造多个电润湿装置的方法，其中，所述电润湿装置是电润湿显示装置。

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