CN102253438A - 电润湿透镜的形成方法及电润湿透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电润湿透镜的形成方法及该电润湿透镜。电润湿透镜的形成方法包括：提供第一基板，并在其上形成第一透明电极；提供第二基板，并在其上形成第二透明电极；在第二透明电极上形成介电层；对向组立第一基板和第二基板，在第一基板和第二基板之间夹置分散有可光聚合的物质的极性液体和分散有可光聚合的物质的非极性液体；以及对组立后的第一基板和第二基板进行光照射，使得分散于极性液体和非极性液体中的可光聚合的物质聚合固化而在第一基板和第二基板之间形成挡墙结构。本发明的电润湿透镜具有制程简单、生产制造的良率高等优点。

Description

电润湿透镜的形成方法及电润湿透镜

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及电润湿透镜的形成方法及电润湿透镜。

背景技术

电润湿（Electrowetting）是一种微流体现象，利用电润湿现象或电化毛细管（Electrocapillary）现象，当极性的流体受到电场的作用时，改变流体的表面形状，使得极性流体的表面分布发生改变。电润湿技术已经开始广泛地被用作各种流体及电光设备的驱动机制。利用电润湿现象的液体透镜如同人的眼睛一样，能够自动地适应所瞄准的对象，而不需要机械装置的辅助，只需改变两极电压来修改液体的外形，就可达到聚焦和变焦的目的。与传统的透镜相比，电润湿透镜具有非偏振依赖性、成本低、耗电量小、变焦速度快、寿命长、成像的质量好等优点。另外，利用电润湿现象，还可以制造显示器装置。

图1揭示了一种现有的电润湿法显示器装置的剖面示意图。如图1所示，该现有的电润湿法显示器装置包括背光模块20与电润湿法显示器50作为光开关，电润湿法显示器50包括第二基板22，像素电极24整面设置于第二基板22上。具有疏水性表面性质的介电层26设置于像素电极24上。图案化的具亲水性表面的挡墙结构28设置于介电层26上，限定出各个像素区域。含黑色染料的不透明非极性液体45以及透明的极性液体40设置于各个像素区域中。第一基板30其上具有图案化的公共电极32，相对第二基板22设置于挡墙结构28与透明的极性液体40上。该电润湿法显示器装置可以利用极性液体40受电场的作用从而改变极性液体40与非极性液体45之间的界面形状，使得不透明的非极性液体45覆盖像素区域的面积大小来控制显示器像素的亮态与暗态。

现有的电润湿法显示器50的制造方法大致包括：提供第一基板30，在其上形成有图案化的公共电极32；提供第二基板22，在其上形成有像素电极24、介电层26以及多个挡墙结构28；接着向第二基板22上的由各挡墙结构28形成的空间中滴注极性液体40和非极性液体45；最后组立第一基板30与第二基板22，使其间夹置极性液体40与非极性液体45。现有的先形成挡墙结构28再组立第一基板30与第二基板22的制程中，滴注极性液体40和非极性液体45对制程中滴注位置、滴注体积等参数要求较高，而且，形成挡墙结构28的制程中容易出现组立对位问题引起的挡墙结构28的位置偏差或损坏挡墙结构28的缺陷。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供电润湿透镜的形成方法及电润湿透镜，其能够提高生产制造的良率。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供了一种电润湿透镜的形成方法，其包括：提供第一基板，并在其上形成第一透明电极；提供第二基板，并在其上形成第二透明电极；在所述第二透明电极上形成介电层；对向组立所述第一基板和所述第二基板，在所述第一基板和所述第二基板之间夹置分散有可光聚合的物质的极性液体和分散有可光聚合的物质的非极性液体；以及对组立后的所述第一基板和所述第二基板进行光照射，使得分散于所述极性液体和所述非极性液体中的可光聚合的物质聚合固化而在所述第一基板和所述第二基板之间形成挡墙结构。

本发明的另一方面提供了一种电润湿透镜，其包括相对设置的第一基板和第二基板，在所述第一基板上设置有第一透明电极，在所述第二基板上设置有第二透明电极以及覆盖在所述第二透明电极上的介电层，所述电润湿透镜还包括夹置在所述第一基板和所述第二基板之间的挡墙结构、以及位于由所述挡墙结构隔离的多个空间中的极性液体和非极性液体，所述挡墙结构由原来分散于所述极性液体及非极性液体中的可光聚合的物质经光聚合固化而形成。

相较于现有技术中的先形成挡墙结构，再在挡墙结构限定的空间中滴注极性液体和非极性液体的设计方式来说，本发明的电润湿透镜无需先形成挡墙结构，而是通过将可光聚合的物质分散于极性液体及非极性液体中，而后可光聚合的物质经过光聚合固化而形成挡墙结构，因此，在电润湿透镜的形成过程中，降低了对极性液体与非极性液体的滴下精度要求，而且，挡墙结构的形成位置能够精确控制，从而，避免了在形成过程中挡墙结构可能存在的组立位置偏差，因此，本发明的电润湿透镜具有制程简单、生产制造的良率高等优点。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1是现有的一种电润湿法显示器装置的局部剖面示意图；

图2是本发明一种具体实施方式的电润湿透镜在未施加电压时的局部剖面示意图；

图3是本发明一种具体实施方式的电润湿透镜在施加一定电压时的局部剖面示意图；

图4是本发明一种具体实施方式的电润湿透镜的形成方法流程图；

图5是根据图4所示的方法完成步骤S30后的电润湿透镜的局部剖面示意图；及

图6是根据图4所示的方法完成步骤S40后的电润湿透镜的局部剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

需要说明的是，为了图示的清楚起见，本发明的附图仅显示了与本发明的创作点相关的结构特征，而对于其他的结构特征则进行了省略。

图2和图3揭示了本发明一种具体实施方式的电润湿透镜的局部剖面示意图，如图2和图3所示，本发明一种具体实施方式的电润湿透镜包括相对设置的第一基板100和第二基板200，其中，在第一基板100上设置有第一透明电极101；在第二基板200上依次设置有第二透明电极201以及覆盖在第二透明电极201上的介电层，在本发明的具体实施方式中，介电层包括设置在第二透明电极201上的绝缘层202以及设置在绝缘层202上的疏水材料层203。然而，本发明的介电层并不限于采用绝缘层202和疏水材料层203两种不同的材料层形成，本发明的介电层也可以由同时具有绝缘性和疏水性的一层材料形成。

第一透明电极101和第二透明电极201可以是由ITO（Indium Tin Oxide，氧化铟锡）、IZO（Indium Zinc Oxide，氧化铟锌）或其他透明导电材料形成。第一基板100和第二基板200均为透明材料，其可以是玻璃或高分子透明材料等。绝缘层202也为透明材料，其可以采用二氧化硅、氮化硅等材料形成，疏水材料层203可以采用含氟或含氯类的疏水性的高分子材料，或含氟或含氯类的自聚性分子膜。

在本发明的具体实施方式中，第一透明电极101具有整面的电极结构，第二透明电极201具有图案化的电极结构，第二透明电极201的电极图案包括但不限于长方形、正方形、三角形、圆形、梯形、椭圆形等。

本发明的电润湿透镜还包括夹置在第一基板100和第二基板200之间的挡墙结构300、以及位于由挡墙结构300隔离的多个空间中的极性液体400和非极性液体500。

挡墙结构300由原来分散于极性液体400及非极性液体500中的可光聚合的物质600（如图5和图6所示）经光聚合固化而形成，例如可以采用含氟的聚合物经紫外光照射而聚合固化形成，其中，可光聚合的物质600的材料可以选自含氟聚合物材料，例如氟化乙烯、氟化亚乙烯、四氟乙烯、六氟乙烯、全氟丙基乙烯基脂、全氟甲基乙烯基脂、或者氯化三氟乙烯，以上仅为列举而非穷举，本发明的可光聚合的物质600的材料并不仅限于上述所提到的材料或者它们的组合，实际上，本发明的可光聚合的物质600的材料可以涵盖所有可光聚合的氟化物。由可光聚合的物质600聚合固化形成的挡墙结构300的水平宽度范围优选地介于1-50微米，该水平宽度范围可保证挡墙结构具有所需要的强度，同时又不会因为挡墙结构300的水平宽度过大而使得该电润湿透镜的穿透率下降。挡墙结构300在垂直于第一基板100和/或第二基板200的方向上的投影落在图案化的第二透明电极201上。也就是说，第二透明电极201靠近挡墙结构300，以便在如图3所示的第一透明电极101与第二透明电极201之间施加电压的情况下，形成需要的电场。

疏水材料层203与非极性液体500由于受双方表面自由能的作用而使得两者始终紧密相连，从而使得位于同一空间中的极性液体400和非极性液体500分为上下两层，并且，非极性液体500靠近疏水材料层203，而极性液体400远离疏水材料层203。

极性液体400的材料可以选自水、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液等。

非极性液体500的材料可以选自硅油、癸烷、十二烷、十四烷等。

在本发明中，挡墙结构300具有疏水性。

在本发明中，极性液体400和非极性液体500均为透明液体。

图2揭示了本发明一种具体实施方式的电润湿透镜在未施加电压时的局部剖面示意图，如图2所示，当在第一透明电极101和第二透明电极201之间未施加电压时，由于挡墙结构300具有疏水性，因此，极性液体400、非极性液体500由于与具有疏水性的挡墙结构300的润湿角度不同，与挡墙结构300接触的极性液体400具有比非极性液体500更大的接触角，因此，处于平衡状态时，在由挡墙结构300限定的各个空间中，极性液体400与非极性液体500之间的表面呈现如图2所示的向非极性液体500一侧凸出的凸面形状。

极性液体400与非极性液体500之间的表面的形状因应第一透明电极101与第二透明电极201之间的电场强度大小而改变。 根据Young's Equation（杨氏方程式）, 电场能改变液体与其所在介面上的接触角的大小，从而改变该液体的形状。图3揭示了本发明一种具体实施方式的电润湿透镜在施加一定电压时的局部剖面示意图，如图3所示，当在第一透明电极101与第二透明电极201之间施加一定的电压时，在第一透明电极101与第二透明电极201之间形成电场，由于极性液体400处在电场中受到电场力的作用，其亲水性将发生变化，施加于其的电场越强，其与挡墙结构300的接触角也将增大，因此导致极性液体400与非极性液体500之间的表面形状发生变化，极性液体400与非极性液体500之间的表面根据所受的电场强度的不同而可能具有不同的形状，例如，极性液体400与非极性液体500之间的表面可以呈现出如图3所示的向极性液体400一侧凹进的凹面形状。因应施加在第一透明电极101和第二透明电极201之间的电压的大小，极性液体400与非极性液体500之间的表面可以呈现向非极性液体500一侧凸出的凸面、平面或者向极性液体400一侧凹进的凹面等不同的形状。极性液体400和非极性液体500的厚度范围均介于1-100微米，在满足该电润湿透镜具有较大穿透率的同时，又可以使得极性液体400和非极性液体500之间的界面处可以自由快速地形成所需要的形状。

本发明的电润湿透镜根据在第一透明电极101和第二透明电极201之间施加的电场强度的大小来改变挡墙结构300所限定的多个空间中的极性液体400与非极性液体500之间的表面形状，从而，本发明的电润湿透镜可以分别呈现出凸透镜、平光透镜或者凹透镜等特性，根据本发明的电润湿透镜所呈现出的凸透镜、平光透镜以及凹透镜三种光学透镜的不同光学特性，本发明的电润湿透镜可以应用于立体（3D）显示、2D和3D相互切换的显示或者其他显示领域中。

以上具体实施方式是以本发明的第一透明电极101具有整面的电极结构，而第二透明电极201具有图案化的电极结构为例进行描述的，然而，本发明的第一透明电极101和第二透明电极201的电极结构并不限于此，例如，本发明的第一透明电极101也可以具有图案化的电极结构，而第二透明电极201具有整面的电极结构；或者，第一透明电极101和第二透明电极201均可以具有图案化的电极结构，并且，在垂直于第一基板100和/或第二基板200的方向上，第一透明电极101的图案化的电极和第二透明电极201的图案化的电极的位置相对应。以上第一透明电极101和第二透明电极201的简单变换均在本发明的保护范围之内。实际上，只要是本发明的第一透明电极101和第二透明电极201中的至少一个具有图案化的电极结构，并且，挡墙结构300在垂直于第一基板100和/或第二基板200的方向上的投影落在图案化的电极上即可。总之，本发明的第一透明电极101和第二透明电极201的具体形状的设置可以是多样的，凡在第一透明电极101和第二透明电极201之间可以产生所需要的电场，使得能够改变极性液体400与非极性液体500之间的表面形状的结构设计及其等同变换均在本发明的保护范围之内。

以下将对本发明一种具体实施方式的电润湿透镜的形成方法进行详细说明。图4是本发明一种具体实施方式的电润湿透镜的形成方法流程图，如图4所示，本发明一种具体实施方式的电润湿透镜的形成方法包括：

在步骤S10中，提供第一基板100；在步骤S11中，在第一基板100上形成第一透明电极101。

另一方面，在步骤S20中，提供第二基板200；在步骤S21中，在第二基板200上形成第二透明电极201。

优选地，本发明的电润湿透镜的形成方法还包括对步骤S11中形成的第一透明电极101和/或对步骤S21中形成的第二透明电极201进行图案化处理，从而使得第一透明电极101和/或第二透明电极201具有图案化的电极结构。优选地，在本发明的具体实施方式中，对步骤S21中形成的第二透明电极201进行图案化处理，从而使得第二透明电极201具有图案化的电极结构。

在步骤S22中，在第二透明电极201上形成介电层。

在本发明的具体实施方式中，步骤S22中的在第二透明电极201上形成介电层具体包括在第二透明电极201上形成绝缘层202、以及在绝缘层202上形成疏水材料层203。

在本发明的步骤S22中，在第二透明电极201上形成介电层并不限于在第二透明电极201上先形成绝缘层202，再在绝缘层202上形成疏水材料层203，在本发明的其他实施方式中，本发明的步骤S22中的在第二透明电极201上形成介电层可以包括在第二透明电极201上形成同时具有绝缘性和疏水性的一层材料，即绝缘层202和疏水材料层203合并为一层。

在步骤S30中，对向组立第一基板100与第二基板200，在第一基板100和第二基板200之间夹置分散有可光聚合的物质600的极性液体400和分散有可光聚合的物质600的非极性液体500。

图5是根据图4所示的方法完成步骤S30后的电润湿透镜的局部剖面示意图。本发明的步骤S30可以采用滴注法将分散有可光聚合的物质600的极性液体400和分散有可光聚合的物质600的非极性液体500分别滴注在第一基板100或第二基板200上之后，再将第一基板100和第二基板200对向组立在一起。或者，本发明的步骤S30也可以先将第一基板100和第二基板200对向组立在一起，之后采用真空注入法将分散有可光聚合的物质600的极性液体400和分散有可光聚合的物质600的非极性液体500注入到组立后的第一基板100和第二基板200夹置的空间中。滴注法和真空注入法均是目前显示领域中所公知的，因此不再赘述。

如图5所示，第一基板100与第二基板200对向组立后，由于第二基板200上最靠近第一基板100的一侧具有疏水材料层203，因此非极性液体500靠近第二基板200的一侧，极性液体400靠近第一基板100的一侧，极性液体400和非极性液体500分为边界清晰的两层。并且，极性液体400和非极性液体500中均分散有可光聚合的物质600，可光聚合的物质600具有光聚合固化的特性，当其受到光照射时，分散的可光聚合的物质600就会汇聚到光照射的区域发生聚合固化。

在步骤S40中，对组立后的第一基板100和第二基板200进行光照射，使得分散于极性液体400和非极性液体500中的可光聚合的物质600聚合固化而在第一基板和第二基板之间形成挡墙结构。

具体地，在本具体实施方式中，对组立后的第一基板100和第二基板200进行光照射包括利用紫外光通过具有预定图案的光罩800（如图6中所示）对组立后的第一基板100和第二基板200进行照射。图6是根据图4所示的方法完成步骤S40后的电润湿透镜的局部剖面示意图，如图6所示，光罩800所具有的预定图案包括允许紫外光透过的透光区域（图6中未填充的区域）和不允许紫外光透过的遮光区域（图6中黑色填充的区域），并且，透过透光区域的紫外光至少部分地透过图案化后的电极。在本发明的具体实施方式中，透过透光区域的紫外光至少部分地透过图案化后的第二透明电极201，即在垂直于第一基板100和/或第二基板200的方向上，光罩800仅在与电润湿透镜的第二基板200上的第二透明电极201位置相对应的位置区域处允许紫外光透过，而在其他区域紫外光均无法透过，由于第二基板200、第二透明电极201、绝缘层202以及疏水材料层203均采用透明材料，经光罩800的透光区域透过的紫外光均可以透过并直接照射到极性液体400和非极性液体500，因此在紫外光照射的区域原本分散于极性液体400和非极性液体500中的可光聚合的物质600发生聚合固化，如图6所示，在紫外光照射的区域有可光聚合的物质600发生聚合固化而形成挡墙结构300，形成挡墙结构300后静置等待非极性液体500与极性液体400完成相分离后，即可得到局部剖面示意图如图2所示的电润湿透镜。

在图6中，示出了在紫外光照射组立后的第一基板100和第二基板200使可光聚合的物质600发生聚合固化形成挡墙结构300的过程中，是将光罩800放置于靠近第二基板200的一侧，紫外光从靠近第二基板200的一侧对组立后的第一基板100和第二基板200进行照射，然而，本发明的电润湿透镜的形成方法并不限于此，本发明同样可以将光罩800放置于靠近第一基板100的一侧，紫外光从靠近第一基板100的一侧进行照射，同样可以形成与上述具体实施方式结构相同的挡墙结构300。

相较于现有技术中的先形成挡墙结构，再在挡墙结构限定的空间中滴注极性液体和非极性液体的设计方式来说，本发明的电润湿透镜无需先形成挡墙结构，而是通过将可光聚合的物质600分散于极性液体400及非极性液体500中，而后可光聚合的物质600经过光聚合固化而形成挡墙结构300，因此，在电润湿透镜的形成过程中，降低了对极性液体400与非极性液体500的滴入要求，而且，挡墙结构300的形成位置能够精确控制，从而，避免了在形成过程中挡墙结构300可能存在的位置偏差，因此，本发明的电润湿透镜具有制程简单、生产制造的良率高等优点。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及具体实施方式进行了阐述，以上具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (15)

1. 一种电润湿透镜的形成方法，其特征在于，包括：

提供第一基板，并在其上形成第一透明电极；

提供第二基板，并在其上形成第二透明电极；

在所述第二透明电极上形成介电层；

对向组立所述第一基板和所述第二基板，在所述第一基板和所述第二基板之间夹置分散有可光聚合的物质的极性液体和分散有可光聚合的物质的非极性液体；及

对组立后的所述第一基板和所述第二基板进行光照射，使得分散于所述极性液体和所述非极性液体中的可光聚合的物质聚合固化而在所述第一基板和所述第二基板之间形成挡墙结构。

2. 如权利要求1所述的电润湿透镜的形成方法，其中，在所述第二透明电极上形成介电层包括：

在所述第二透明电极上形成绝缘层；及

在所述绝缘层上形成疏水材料层。

3. 如权利要求1所述的电润湿透镜的形成方法，其还包括对所述第一透明电极和/或所述第二透明电极进行图案化。

4. 如权利要求3所述的电润湿透镜的形成方法，其中，所述对组立后的所述第一基板和所述第二基板进行光照射包括利用紫外光通过具有预定图案的光罩对组立后的所述第一基板和所述第二基板进行照射，所述光罩所具有的预定图案包括允许紫外光透过的透光区域和不允许紫外光透过的遮光区域，透过所述透光区域的所述紫外光至少部分地透过所述图案化后的电极。

5. 如权利要求1所述的电润湿透镜的形成方法，其中，所述方法包括：

采用滴注法将分散有可光聚合的物质的极性液体和分散有可光聚合的物质的非极性液体滴注在所述第一基板或所述第二基板上；及

将所述第一基板和所述第二基板对向组立在一起。

6. 如权利要求1所述的电润湿透镜的形成方法，其中，所述方法包括：

将所述第一基板和所述第二基板对向组立在一起；及

采用真空注入法将分散有可光聚合的物质的极性液体和分散有可光聚合的物质的非极性液体注入到组立后的所述第一基板和所述第二基板夹置的空间中。

7. 一种电润湿透镜，其包括相对设置的第一基板和第二基板，在所述第一基板上设置有第一透明电极，在所述第二基板上设置有第二透明电极以及覆盖在所述第二透明电极上的介电层，其特征在于，所述电润湿透镜还包括夹置在所述第一基板和所述第二基板之间的挡墙结构、以及位于由所述挡墙结构隔离的多个空间中的极性液体和非极性液体，所述挡墙结构由原来分散于所述极性液体及非极性液体中的可光聚合的物质经光聚合固化而形成。

8. 如权利要求7所述的电润湿透镜，其中，所述第一透明电极和所述第二透明电极中的至少一个具有图案化的电极结构，并且，所述挡墙结构在垂直于所述第一基板方向上的投影落在所述图案化的电极上。

9. 如权利要求7所述的电润湿透镜，其中，所述挡墙结构具有疏水性。

10. 如权利要求9所述的电润湿透镜，其中，所述极性液体与所述非极性液体之间的表面的形状因应所述第一透明电极与所述第二透明电极之间的电场强度大小而改变。

11. 如权利要求10所述的电润湿透镜，其中，因应施加在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间的电压的大小，所述极性液体与所述非极性液体之间的表面呈现向所述非极性液体一侧凸出的凸面、平面或者向所述极性液体一侧凹进的凹面形状；当在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间未施加电压时，所述极性液体与所述非极性液体之间的表面呈现向所述非极性液体一侧凸出的凸面形状。

12. 如权利要求7所述的电润湿透镜，其中，所述介电层包括设置在所述第二透明电极上的绝缘层以及设置在所述绝缘层上的疏水材料层；或者，

所述介电层由同时具有绝缘性和疏水性的一层材料形成。

13. 如权利要求8所述的电润湿透镜，其中，所述第二透明电极具有图案化的电极结构，所述第一透明电极具有整面的电极结构；或者，

所述第一透明电极具有图案化的电极结构，所述第二透明电极具有整面的电极结构；或者，

所述第一透明电极和所述第二透明电极均具有图案化的电极结构，并且，在垂直于所述第一基板方向上，所述第一透明电极的图案化的电极和所述第二透明电极的图案化的电极的位置相对应。

14. 如权利要求7所述的电润湿透镜，其中，所述可光聚合的物质的材料为氟化物。

15. 如权利要求7所述的电润湿透镜，其中，所述极性液体和所述非极性液体均为透明液体。

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