CN102695977A - 制造电润湿显示装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造具有多个图像元素的电润湿显示装置的方法，各图像元素由围绕显示区的壁限定，多个图像元素覆盖支撑板的第一区域。该方法包括以下步骤：涂覆至少覆盖第一区域的疏水层；降低在基本上处于所述显示区的外部的第二区域上方的疏水层的疏水性；在第一区域上方的疏水层上形成壁。本发明进一步涉及电润湿显示装置。

Description

制造电润湿显示装置的方法

技术领域

本发明涉及制造电润湿显示装置的方法。

背景技术

诸如国际专利申请WO 2003/071346中描述的电润湿显示装置包括两个支撑板。壁图案设置在其中一个支撑板上，该图案限定显示装置的图像元素。图像元素（也称为像素）的壁之间的区域被称作显示区，在该显示区上产生显示效果。图像元素的壁由亲水材料制成。显示区中的支撑板的区域在很大范围上必须疏水，以用于图像元素的适当操作。在制造期间，支撑板中图像元素所处的区域由疏水层覆盖。通过在疏水层上沉积壁材料层并且使用（例如）光刻方法来图案化该壁材料层，从而在疏水层上制造壁。

壁材料层与疏水层之间的附着力相对较弱，导致壁材料层易于从疏水层中剥离。已知在施加壁材料层之前降低疏水层的疏水性。形成壁之后，将壁之间的疏水层的区域退火，以便恢复其疏水性。然而，使用该方法制造的显示装置的质量并不令人满意。

本发明的目的是提供一种没有上述缺点的电润湿显示装置的制造方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种制造具有多个图像元素的电润湿显示装置的方法，各图像元素由围绕显示区的壁限定，多个图像元素覆盖支撑板的第一区域，该方法包括以下步骤：

涂覆至少覆盖第一区域的疏水层；

降低基本上处于显示区外部的第二区域上方的疏水层的疏水性；以及

在第一区域上方的疏水层上形成壁。

本发明是基于以下认识：使用退火步骤的已知显示装置，其质量不令人满意是由于降低及提高疏水性的步骤导致疏水层的表面质量降低。显示区（即，图像元素在壁内部的区域）的表面质量降低，影响了显示装置的使用寿命以及制造工艺的再现性。

根据本发明的方法通过：首先将疏水层涂覆至支撑板中完全覆盖多个图像元素的第一区域的区域，避免了该问题。随后，疏水层的疏水性被局部（即，处于显示区外部的第二区域上方）降低。壁材料适当地附着至第二区域中的表面，从而避免壁材料从支撑板中剥离。第二区域可以是相连接的区域或多个单独区域。由于第二区域位于显示区的外部，因此显示区中的疏水层的疏水性未降低，所以在施加壁之后，不必增大疏水层的疏水性。因此，不会发生由于降低及提高疏水性的循环所造成的现有技术中的不利影响。

该方法使得在不影响各图像元素的显示区中的疏水层的情况下施加壁。显示区中的疏水层未经历疏水性降低及提高处理，从而保持其表面未受损。因此，利用根据本发明的方法制造的显示装置的使用寿命不会缩短；再者，制造工艺具有良好的再现性。

语句“基本上位于显示区的外部”意味着不到10%的显示区的疏水性降低。在特定实施方式中，第二区域完全位于显示区的外部。

要注意的是，专利申请US 2009/0168144A1为了避免壁材料层的上述剥离进而改进壁的附着力而使用了不同的工艺。该方法首先在覆盖显示器整个区域的支撑板上沉积疏水层。随后，通过去除将要制造壁的区域上方的疏水层，来图案化该疏水层。壁被施加在该清除区域上，并且附着至疏水层以下的层，从而提高壁对支撑板的附着力。图案化疏水层的缺点在于，由于疏水层自身或连同另一介电层一起也用作图像元素中液体与电极之间的绝缘层，因此壁的图案化和随后的对准必须非常精确。图案化的疏水层与壁之间的任何开口会导致流体与电极之间的失效短路（disablingshort-circuit）。这种已知方法的第二个缺点在于，疏水层和支撑板之间的附着力相对较弱。在图案化疏水层之后，在用于制造显示装置的后续工艺期间，尤其在随后的湿法（诸如清洁、溶液涂布等）步骤期间，存在着从支撑板中脱落的高风险。在根据本发明的方法中，疏水层不被图案化，并且可以在制造工艺期间保护位于多个图像元素外部的疏水层的边缘免于水侵入。

在尤其适合于较小显示装置的特定实施方式中，疏水性降低的第二区域完全位于第一区域的外部，为壁材料的层提供附着力增大的区域。第二区域将壁材料层附着至支撑板，进而在制造壁的过程中避免剥离。在图案化该层之后，优选地，该层仍至少覆盖一部分第二区域。在特定实施方式中，第二区域可包围第一区域。

在制造的过程中，通过使用掩膜覆盖第一区域，使其免于疏水性降低操作。

在先前实施方式的变型例中，第二区域部分地位于第一区域的外部，并且部分地位于第一区域内。通过降低在第一区域（即，多个图像元素所位于的区域）外部的区域以及在第一区域内部的区域的疏水性，可提高壁材料层对支撑板的附着力。优选地，在第一区域内部的区域的范围基本上与壁的范围重叠，即，该区域的宽度基本上等于壁的宽度，并且该区域的长度可短于一个图像元素的长度或等于一个或多个图像元素的长度。在特定实施方式中，第二区域为包围多个图像元素的区域以及可在第一区域中形成网格或矩形的一条或多条线的组合。

在特定实施方式中，第二区域位于第一区域内。在该实施方式中，第二区域与图像元素之间的区域（即，制造壁的区域）一致。优选地，第二区域的范围大致为壁的范围。第二区域可具有一系列线的形状，这些线可形成网格或者一个或多个矩形。在又一特定实施方式中，第二区域环绕所有的图像元素。壁对支撑板的附着力得以提高。

当第二区域形成显示区中的起始区域（initiation area）时，在同一工艺步骤中可制造该起始区域以及对壁材料的附着力提高的区域。在本方法的特定实施方式中，基本上所有的显示区都具有这种起始区域。起始区域是显示区中的如下区域：当施加电场时，第一流体优选地在该区域中开始移动，从而用作起始点；这种起始区域可以是疏水性降低的小区域。优选地，该起始区域小于图像元素的显示区的10%。起始区域可位于显示区内的任意地方，并且具有任意不同的形状，诸如正方形、矩形或四分之一圆。在优选实施方式中，起始区域直接与像素壁相邻。在另一优选实施方式中，起始区域位于显示区的一角。通过使用诸如黑矩阵，可最小化或消除起始点的光学效应。

有利地，本方法包括降低疏水性的步骤，包括反应离子蚀刻、等离子体处理、紫外线臭氧处理或化学处理。通过涂覆附着力促进剂（adhesionpromoter），也可局部降低表面的疏水性。

使用应用范围可控的方法（诸如局部反应离子蚀刻或局部等离子体处理），可降低疏水性。可替换地，图案化层可用于掩蔽禁止被处理的区域。在该方法的优选实施方式中，其中，第二区域至少部分位于第一区域内，并且基本上具有壁的范围，第一区域在第二区域外部的那部分由图案化层覆盖，防止疏水层的疏水性降低。在该方法的特定实施方式中，图案化层覆盖对应于显示区的那部分疏水层。因此，降低疏水性的行为仅仅影响将要施加壁的区域。

使用光刻工艺制造图案化层。

通过在疏水层上沉积壁材料层，可形成壁。

通过掩膜沉积壁层材料或在疏水层上通过光刻工艺，可使壁层图案化。

在该方法的特定实施方式中，第二区域包围显示区，在第二区域上形成壁的步骤是通过自组装工艺进行的。在显示区和第二区域之间具有强烈的化学对比的第一区域上湿法处理壁材料，并且选择经润湿的壁材料的特性（a.o.粘性、表面张力、沸点），以便涂覆湿润层之后，壁材料自发地沉积在第二区域上，而不沉积在显示区上。壁材料可以是在溶剂蒸发后变成固体壁的溶液或分散液。可以按照多种方式来涂覆润湿层，包括在溶液或分散液中浸没衬底或通过棒式涂布、旋转涂布或狭缝涂布。

本发明的另一方面涉及具有多个图像元素的电润湿显示装置，各图像元素由围绕显示区的壁限定，该显示装置包括：被具有疏水性的疏水层覆盖的支撑板；壁，为设置在疏水层上的图案化壁层的一部分，其中，设置了壁层的区域中的疏水性在高值和低值间变化。在壁层下方的一些位置（即，第二区域内）降低疏水层的疏水性，以便提高壁材料和疏水层之间的附着力。在图案化壁层下方的其他位置，疏水性具有与显示区内近似的高值。局部降低疏水性提高了壁对疏水层的附着力。在不降低壁层所覆盖的整个区域的疏水性的情况下，可以实现壁材料的良好附着力。

本发明的另一方面涉及具有多个图像元素的电润湿显示装置，各图像元素由围绕显示区的壁限定，该显示装置包括：由具有疏水性的疏水层覆盖的支撑板；壁，为设置在疏水层上的图案化壁层的一部分，其中，显示区包括起始区域，疏水性在显示区中位于起始区域外部的区域内具有高值，并且在起始区域内以及在显示区之间的区域内具有低值。

在含氟聚合物AF1600的疏水层的情况下，高疏水性的代表值通常为大于110°的水-空气界面的后退接触角，并且优选地在110°到125°的范围内；低疏水性的代表值通常小于70°，并且优选地在30°到70°之间。

参照附图，通过仅以示例方式给出的本发明的优选实施方式的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了电润湿显示装置的图像元素的示意性剖面；

图2示出了显示装置的支撑板的表面的示意视图；

图3示出了支撑板的表面的可替换实施方式；

图4示出了支撑板的表面的另一实施方式；以及

图5示出了表面上的壁的剖面。

具体实施方式

图1示出了电润湿显示装置1的一部分的图解剖面。该显示装置包括多个图像元素2，在该图中示出了一个图像元素。图像元素的横向范围在该图中由两条虚线3、4表示。图像元素包括第一支撑板5和第二支撑板6。支撑板可以是各图像元素的单独部分，但是，优选地，支撑板由多个图像元素共有。支撑板可包括玻璃或聚合物衬底，并且可具有刚性或柔性。

显示装置具有观看侧8和背面侧9，在该观看侧上可观看到显示装置形成的图像或显示。在该图中，第一支撑板5面向背面侧；第二支撑板6面向观看侧；可替换地，第一支撑板可面向观看侧。显示装置可为反射型、透射型或半透型。显示装置可以是图像由段构成的分段显示器类型，其中，每个段包括若干个图像元素。显示装置可以是有源矩阵驱动显示器类型或无源驱动显示装置。多个图像元素可为单色。对于彩色显示装置，图像元素可按组进行划分，每个组具有不同的颜色；可替换地，单个图像元素能够显示不同的颜色。

支撑板之间的空间10填充有两种流体：第一流体11和第二流体12。第二流体与第一流体不相溶。第二流体导电或具有极性，并且可为水或盐溶液，诸如水和乙醇的混合物中的氯化钾溶液。优选地，第二流体是透明的，但也可以是有颜色的、白色的、吸收的或反射的。第一流体不导电，并且例如可以是如十六烷的烷烃或（硅）油。

第一流体吸收至少一部分光谱，第一流体对于光谱的一部分可以是透射的，形成滤色器。为此，通过添加颜料颗粒或染料，第一流体可具有颜色。可替换地，第一流体可以是黑色，即，基本上吸收或反射光谱的所有部分。反射层可反射整个可见光谱，使得该层表现为白色，或者反射层可反射部分光谱，使得该层具有颜色。

疏水层13设置在支撑板5上。疏水层可以是透明的或反射的。该层为在多个图像元素2上延伸的不间断层，如该图中所示。例如，该层可以是无定形氟聚合物层，诸如AF1600，或其他的低表面能量聚合物。疏水特征致使第一流体优先附着至第一支撑板5，这是因为相比于第二流体，第一流体对于疏水层13的表面具有更高的可润湿性。可润湿性涉及流体对于固体表面的相对亲和力。

每个元素2包括设置在支撑板5上的电极14。绝缘覆盖层将电极14与流体分离，该绝缘覆盖层可以是疏水层13。在疏水层和电极之间可设置其他层。电极14可为任何期望的形状或形式。电极14由信号线15供应电压信号，在该图中示意性示出。第二信号线16连接至与导电的第二流体12接触的电极。当所有元素通过第二流体而流动性地互连（fluidlyinterconnect）并且共有第二流体时，该电极对于所有元素是公共的，不由壁中断。图像元素2能够由信号线15和16之间施加的电压V控制。支撑板5上的电极14都耦接至显示驱动系统。在元素以矩阵形式设置的显示装置中，电极可耦接至第一支撑板上的印刷控制线路矩阵。

第一流体11由沿着图像元素剖面的壁17限定至一个图像元素。虽然壁被显示为从支撑板5突出的结构，但是壁也可以是支撑板上排斥第一流体的表面层，诸如亲水层。壁可从第一支撑板延伸到第二支撑板，但是也可从第一支撑板部分地向第二支撑板延伸。图像元素的范围（由虚线3和4指示）由壁17的中心限定。虚线18和19所指示的图像元素的壁之间的区域称为显示区（display region）20，在该显示区上方产生显示效果。

当电极之间未施加电压时，第一流体11在壁17之间形成层，如图中所示。施加电压会使第一流体（例如，抵靠壁）收缩，如图中虚线形状21所示。第一流体可控的形状用于将图像元素操作为光阀，在显示区20上方提供显示效果。

图2示出了沿着图1中线A-A的支撑板5的表面的示意视图。该图示出了矩阵配置的五个相邻图像元素2的显示区20。在显示器上形成图像的多个显示区覆盖支撑板的第一区域25（也称为显示区域，display area）。壁17设置在显示区20周围的区域中。

在国际专利申请WO 03071346等中公开了显示器的图像元素的进一步细节。

在制造显示装置的过程中，支撑板5设置有针对各图像元素的电极14。可替换地，图像元素可具有一个以上的电极。有源矩阵型显示装置可具有设置在支撑板5上的多层，这些层形成电连接、晶体管、电容器以及电极14。

在下一步骤中，例如，通过湿法涂布工艺（诸如柔版印刷、旋转涂布或浸渍涂布）将疏水层13涂覆至电极14上。该疏水层提供疏水表面26，该疏水表面与第一流体11接触，并且根据流体的配置与第二流体12接触。疏水层13覆盖多个图像元素的第一区域25，并且可在第一区域外部延伸，如图2中所示。带状的保护层（图中未显示）可涂覆至疏水层13的边缘，以避免疏水层之间渗水，这会造成疏水层剥离。避免脱落的另一种方法是使用以下顺序的工艺步骤：首先，通过（例如）旋转涂布利用疏水层完全覆盖衬底，然后，执行局部表面改性步骤，最后的步骤是完全去除第一区域外的特定位置（诸如，在衬底包括若干个显示装置时的显示装置的第一区域之间的位置以及接触区域）的氟聚合物。接触区域是以下区域：在该区域中显示装置（例如）经由互连箔连接至驱动器电子器件（即，直接粘结到支撑板5上的驱动器IC或TCP）。

在疏水层13上施加壁17之前，局部处理疏水层的表面26，以便降低其疏水性，从而提高壁材料和表面之间的附着力。在疏水层13中位于第一区域25外部的第二区域27中可进行该处理。第二区域27可环绕第一区域25，如图2中所示。可替换地，第二区域包括若干个位于第一区域25外部的分离的区域。

图2中的显示区22示出了显示装置的特定实施方式，其中，起始区域23设置在显示区的一角。该起始区域的疏水性连同用于提高壁材料的附着力的区域一起降低。起始区域位于显示区内，并且优选地，在电压施加至电极时，第一流体在该起始区域开始移动。在起始区域的疏水性非常低时，当施加电压以及不施加电压时，都可从该区域排斥第一流体。

图3示出了疏水性降低的第二区域的可替换布置。第二区域由第一区域25内的一个或多个矩形28形成。第二区域还可以包括区域27。每个矩形包括位于图像元素20之间的四条直线，如该图中针对矩形的一角而示意性示出的。优选地，线的宽度小于等于壁17的宽度，即，相邻的显示区20之间的区域的宽度。壁的宽度通常小于20微米，并且典型地在5微米到12微米之间。线的宽度优选地大于5微米。线的宽度可大于壁的宽度，覆盖小于显示区的面积的10%。然而，该宽度优选地等于壁的宽度，或比壁的宽度小2微米或3微米。线和壁的上述尺寸适用于本发明中第二区域至少部分位于第一区域内的所有实施方式。虽然在该图中示出了显示区，但是在该工艺阶段，尚未存在显示区，原因在于限定显示区的壁还未在支撑板上施加。

图4示出了第二区域的实施方式，其中，该第二区域包括在第一区域25上方形成网格的多条垂直线29和水平线30。这些线位于图像元素之间，并且线的宽度近似于图3中线的宽度。在特定实施方式中，第二区域包括环绕显示装置的所有图像元素的垂直线和水平线。图3和图4中的线也可具有虚线或点线形式。图3和图4中的线可均匀地间隔，但是并非必须如此；能够使用水平线或垂直线。在这些实施方式中，第二区域可包括区域27。

例如通过反应离子蚀刻、等离子体处理、紫外线臭氧处理或化学处理来局部处理表面26，可降低第二区域的疏水性。通过涂覆附着力促进剂，也可局部降低该表面的疏水性。

这些技术中的一些技术的分辨率足以进行局部处理，诸如通过在反应离子蚀刻或局部等离子体处理中使用小的源。这尤其适合于诸如图2中所示的第二区域27。当应用该处理的范围相对较大时，表面26中不要被处理的那部分可由掩膜覆盖。在图2中，掩膜可屏蔽图像元素所在的第一区域25。

也可以通过在疏水层13上涂覆用于保护疏水层免于该处理的层，并且（例如）使用已知的光刻技术使表面26中必须被处理的那些区域露出而图案化该层，实现局部处理。为此，使用旋转或其他湿法沉积技术将光-涂漆（photo-lacquer）涂覆至该表面或涂覆干燥光-响应材料。在曝光之后，通过湿法或干法蚀刻，在第二区域中去除涂漆材料。现在，使用上述处理中的至少一种处理，在第二区域中将疏水层改性。通过应用两种处理（诸如，反应离子蚀刻和涂覆附着力促进剂），可进一步提高第二区域上方的壁对表面的附着力。附着力促进剂可涂覆在疏水层的整个表面26上，包括涂漆的顶部。在平版印刷处理结束时，去除涂漆。该去除也可去除第二区域外部的区域中的任何附着力促进剂。

在局部处理疏水层13的表面26之后，该表面具有疏水性降低的第二区域30，以及相邻区域31，该相邻区域的表面保持与疏水层涂覆至衬底时一样，如图5中所示。现在，壁17将被施加至支撑板。可使用已知工艺来施加壁，该工艺包括与在表面局部处理中针对保护层所使用的技术类似的浮雕、印刷或光刻技术。例如参见J.Micromech.Microeng.19,065029（2009）中K.Zhou等人的文章。在显示区之间的线已被处理之后，诸如在图3或图4的实施方式中或者第二区域包围各图像元素的情况，壁的图案化（patterning）必须与该处理中的图案化对准，以便实现壁17在经处理的区域30上的定位，如图5中所示。任何微小的不对准会导致在壁设置到第二区域的外部时略微降低壁的附着力，并且也会造成处理过的表面结合在显示区中，这将会导致显示器的使用寿命降低。然而，由于疏水层在壁下方是不间断的，因此不会像US 2009/0168144A1的现有显示装置那样存在短路的危险。

壁也可通过自组装而施加至第二区域30中的表面26。优选地，处理该表面，使得疏水性更低的第二区域包围所有的显示区。第二区域和壁材料之间的化学对比应尽可能地高，例如通过应用上述处理中的两种或通过使用这些处理之一的更强形式。显示区和第二区域之间强烈的化学对比应当与湿润的壁材料的具体特性（a.o.低粘性、高表面张力、高沸点）相结合。选择这些特性，以便涂覆湿润层之后，该材料自发地移动到第二区域上，从而从显示区中去除该材料。溶剂的选择很重要；溶剂优选地为水溶液，诸如KOH或水。所使用的壁材料可为溶液或分散液。可使用多种壁材料，包括颜料颗粒、碳黑、TiO或分子材料，诸如SU-8和其他光-涂漆。这些材料在溶剂被去除（诸如，通过排水或蒸发）之后成为固体壁17。可用若干种方式涂覆湿润层，包括在溶液或分散液内浸没衬底，或通过棒式涂布、旋转涂布或狭缝涂布。

当支撑板5设置有壁结构时，通过执行下列步骤可完成显示装置：将图像元素填充有第一流体和第二流体，组装第一支撑板和第二支撑板，以及密封两个支撑板之间的腔。用于控制电极电压的电路可设置在第一支撑板上。显示装置可为显示设备的一部分，该设备包括与第一支撑板上的电路连接的显示驱动系统。

上述实施方式应理解为本发明的示例性实例。可以构想本发明的其他实施方式。例如，使用该方法用于制造除了显示器之外的电润湿装置。应理解的是，关于任意一个实施方式所描述的任何特征可单独地或与所描述的其他特征相结合地使用，并且也可与任何其他实施方式的一个或多个特征相结合地使用，或者与任何其他实施方式进行任何组合地使用。再者，在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，也可采用上面未描述的等同物和变型例。

Claims (15)

1.一种制造具有多个图像元素的电润湿显示装置的方法，各图像元素由围绕显示区的壁限定，所述多个图像元素覆盖支撑板的第一区域，所述方法包括以下步骤：

涂覆至少覆盖所述第一区域的疏水层；

降低在基本上处于所述显示区的外部的第二区域上方的所述疏水层的疏水性；

在所述第一区域上方的所述疏水层上形成所述壁。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二区域位于所述第一区域的外部。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二区域部分地位于所述第一区域的外部并且部分地位于所述第一区域内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二区域位于所述第一区域内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二区域形成所述显示区中的起始区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述降低疏水性的步骤包括：

反应离子蚀刻、等离子体处理、紫外线臭氧处理或化学处理。

7.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：沉积附着力促进剂以增强壁材料对所述疏水层的附着力。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二区域至少部分地位于所述第一区域内，并且基本上具有所述壁的范围，所述第一区域在所述第二区域外部的那部分由防止所述疏水层的疏水性降低的图案化层覆盖。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用光刻工艺制造所述图案化层。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中，通过在所述疏水层上沉积壁层来形成所述壁。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过掩膜沉积壁层材料或通过对所述疏水层进行光刻工艺来图案化所述壁层。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二区域包围所述显示区，所述在第二区域上形成壁的步骤包括：湿法处理所述壁材料，其中，所述壁材料在被施加后自发地将其自身定位在所述第二区域。

13.一种具有多个图像元素的电润湿显示装置，各图像元素由围绕显示区的壁限定，所述显示装置包括：由具有疏水性的疏水层覆盖的支撑板；所述壁，为设置在所述疏水层上的图案化壁层的一部分，其中，设置了壁层的区域中的疏水性在高值和低值之间变化。

14.根据权利要求13所述的电润湿显示装置，其中，所述多个图像元素覆盖支撑板的第一区域，并且在所述支撑板中所述第一区域外部的第二区域中的所述疏水层的疏水性具有低值。

15.一种具有多个图像元素的电润湿显示装置，各图像元素由围绕显示区的壁限定，所述显示装置包括：由具有疏水性的疏水层覆盖的支撑板；所述壁，为设置在所述疏水层上的图案化壁层的一部分，其中，所述显示区包括起始区域，所述显示区中在所述起始区域外部的区域中的疏水性具有高值，并且在所述起始区域中以及在所述显示区之间的区域中的疏水性具有低值。

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