CN102804023A - 电润湿显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造用于电润湿装置的支撑基板的方法。该方法包括以下步骤：设置具有疏水层的支撑板；在疏水层上布置亲水材料图案，以及通过溶剂去除疏水层的表面层。本发明还涉及一种包括支撑板的电湿润装置，该支撑板包括具有厚度的疏水层，以及布置在疏水层的第一区域上的亲水材料图案，疏水层的厚度在第一区域内大于在第一区域外。

Description

电润湿显示装置

技术领域

本发明涉及一种电润湿显示装置和用于制造该电润湿显示装置的方法。

背景技术

诸如由Zhou等在J.Micromech.Microeng.19(2009)065029的文章中所描述的电润湿显示装置包括两个支撑板，每个支撑板包括基板。壁的图案被布置在一个支撑板上，该图案限定显示装置的像元（picture element）的范围。像元的壁之间的区域（也被称为像素）被称为显示区域，在其上产生显示效果。在电场的影响下，由像元内两种不混溶的流体（油类和电解液）的运动产生显示效果。当没有场施加的时候，油类形成覆盖支撑板的显示区域的层。在施加场时，油类收缩并且电解液邻接支撑板的大部分。如果例如该油类是不透明的，则像元的用作光阀。

像元的壁是亲水材料的图案。为了像元的正常运行，显示区域中支撑板的区域必须在很大程度上是疏水的。在显示装置的制造中，像元所在的支撑板的区域通过包括疏水层而被制成疏水的。通过在疏水层上沉积一层壁材料并且用光刻法对这层壁材料进行图案化在该层上形成壁。

为了增强壁材料层与疏水层之间的粘着力，在施加壁材料层之前降低疏水层的疏水性。在壁形成后，对支撑板进行热处理，使得壁之间的疏水层的区域恢复它的疏水性。然而使用这种方法制成的显示装置的质量不能令人满意。

本发明的目的是提供一种不具有上述缺点的制造电润湿显示装置的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制造用于电润湿装置的支撑板的方法，包括以下步骤：设置具有疏水层的支撑板；在疏水层上布置亲水材料的图案；以及通过溶剂去除疏水层的表面层。

现有技术的显示装置质量不令人满意的一个主要原因看来是由于在显示装置的延伸操作之后在关闭电场时像元中的油类缓慢回流或者不回流。根据本发明，通过在显示装置的制造过程中在亲水材料图案被布置在疏水层上以后包括化学去除疏水层的表面层的步骤，可以改善回流。化学去除步骤通过使用制成疏水层的材料的溶剂实现。溶剂处理后疏水表面的质量看来比任何现有技术处理后的都好。溶剂处理出乎意料地减小了疏水层的表面粗糙度，而不需要将支撑板加热至高于疏水层的玻璃化温度。结果像元的性能提高了，因此所显示的图像的质量提高了。

将亲水材料布置在疏水层上的处理被认为影响疏水层而导致了所述回流问题。已知的热处理疏水层以恢复它的疏水性的处理步骤不能充分地解决该回流问题。

在本方法优选的实施方式中，溶剂是可以用于选择性地溶解该疏水层材料的溶剂。如果该溶剂选择性地溶解疏水材料并且以较小程度地或者完全不溶解壁图案的亲水材料，去除疏水层的表面层的过程对壁的影响会很小或者完全没有。

去除疏水层的表面层可以通过将支撑板与液体溶剂或气体溶剂相接触而进行。与气相溶剂相接触允许通过减慢蚀刻速率改善对材料去除的控制。此外，减小了已去除的材料被再沉积在表面上的可能。另外一个优点是不需要使用阻化剂，因为在干燥阶段期间没有材料被再沉积在表面上。该气体可以是水蒸气。

去除表面层的步骤有利地包括使用稀释剂。稀释剂基本上不溶解疏水层的材料。稀释剂的包含稀释了溶液中的反应成分并降低了它的宏观效率，因此减慢了溶解速率，允许对疏水层的表面层的去除进行更好地控制。为了在完成去除步骤后容易将稀释剂从支撑板去除，稀释剂优选挥发物。对稀释剂的使用还减轻了在去除步骤中从亲水区域释放的壁材料或光刻漆的残余物在显示区域中再沉积的问题，或在去除步骤过程中溶解的疏水材料在不希望的位置（例如在壁的顶端）再沉积的问题。在现有技术的显示装置中，显示区域内残余物的存在可能是导致现有技术的显示装置慢回流的一个原因。残余物的存在可以使用诸如XPS或TOF-SIMS的表面分析技术来测定。

优选地，溶剂为碳氟化合物基的和/或在使用稀释剂的方法中该稀释剂优选为油基的。在去除表面层后任何陷入通常稍微多孔的疏水层的溶剂或者稀释剂，当它是油基溶剂或稀释剂时，会比水溶剂或稀释剂对该层的疏水性产生较小的影响。

当溶剂和稀释剂形成溶液时，该溶液的同质性（homogeneity）增强了疏水层的去除的均匀性。诸如溶剂和稀释剂的成分在溶液中被完全混合而不形成诸如微粒或者例如乳浊液中的微团的子结构。

优选地，本方法包括通过应用液体停止去除所述表面层的步骤，在去除所述表面层的步骤和应用所述液体之间的时间足够短，以至于所述溶剂或所述稀释剂在所述液体使用之前不干。如果溶剂不被允许在支撑板上干燥，那么显示区域中壁材料的残余物和壁上的疏水材料的再沉积减少。

该方法可以包括热处理（anneal）支撑板的步骤，从而改善亲水材料图案对疏水层的粘附。该热处理步骤优选在表面层去除步骤后进行。在根据本发明的过程中使用的热处理温度可以低于现有技术热处理步骤中使用的温度。现有技术使用恰好低于该疏水材料的熔化温度而高于玻璃化温度的热处理温度；例如，非晶体氟聚合物在220摄氏度和260摄氏度之间的温度被热处理温度以增强该疏水层的疏水性。这种增强已经通过本发明中的溶剂步骤实现。因此，热处理步骤可以仅用于增强粘着力。根据本发明的对非晶体氟聚合物的热处理步骤可以在低于220摄氏度的温度执行，或者优选地在低于160摄氏度的温度执行。该较低的温度不影响亲水材料。在较低温度下的热处理或者，可选地，使用热处理以外的另一种方法来增强粘着力，允许在支撑板中采用塑料基板而制成柔性显示装置。

优选地，本方法包括以下步骤：在支撑板上提供第一流体和第二导电的或极性的流体，第一流体和第二流体不混溶；提供另一个支撑板；以及密封支撑板和另一个支撑板，从而在支撑板和另一个支撑板之间形成包括第一流体和第二流体的腔体。

如果某层对第一流体比对第二流体具有更大的润湿性，则该层被称为“疏水的”。如果某层对第二流体比对第一流体有更大的润湿性，则该层被称为“亲水的”。

在本方法的特定实施方式中，电润湿装置是电润湿显示装置，优选地，该电润湿显示装置包括根据本发明制造的支撑板。

本发明的另一方面涉及包括支撑板的电润湿装置，该支撑板包括具有厚度的疏水层，以及布置在该疏水层的第一区域上的亲水材料图案，该疏水层厚度在第一区域内大于在第一区域外。

由于去除步骤仅去除了在布置有亲水壁材料图案的第一区域外的疏水层表面层，在第一区域内疏水层的厚度将大于该区域外疏水层的厚度。例如在已使用等离子蚀刻使疏水层具有较弱疏水性的情况下，优选地，厚度的差大于10nm。当通过反应离子蚀刻使疏水层具有较弱疏水性的情况下，优选地，该差大于100nm。在另一优选实施方式中，该差大于150nm或200nm。受控的从疏水层对更多材料的去除会给该疏水表面留下较薄的层。该较薄的层具有开关该电润湿装置的所需的电压比较低的优点。

有利地，疏水层在第一区域外比在第一区域内具有更高的疏水性。在根据本发明的表面处理之后，典型的后退接触角的值在第一区域内为70度以下，以及在第一区域外大于100度，优选地大于110度。在处理后该表面优选地表现为与刚刚沉积后疏水层表面的后退接触角在5度之内相同。

根据本发明的显示装置工作期间油类或第一流体的滞后小于现有技术显示装置。

疏水材料的图案形成限定电润湿显示装置内电润湿元件的范围（extent）的壁。

由以下仅通过实例的方式参照附图对本发明优选实施方式的描述，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像元横截面的示意图。

图2示出了显示装置的第一支撑板的示意性平面图。

图3示出了第一支撑板的疏水层的横截面。

具体实施方式

图1以电润湿显示装置1的形式示出了电润湿装置的部分的图示横截面。该显示装置包括多个像元2，在图中示出了其中的一个。像元的横向范围在图中由两条虚线3、4表示。像元包括第一支撑板5和第二支撑板6。这些支撑板可以是每个像元的分离的部件，但是优选地，这些支撑板被多个像元共有。支撑板可以包括玻璃或聚合物基板6、7，并且可以是刚性的或柔性的。

显示装置具有观看面8和背面9，可以观看由显示装置在观看面8上形成的图像或显示。在图中，第一支撑板5面向背面9；第二支撑板6面向观看面；可选地，第一支撑板可以面向观看面。显示装置可以是反射型、透射型或透射反射型的。显示装置可以是分段显示型的，在其中图像可以由段组成，每一段包括几个像元。显示装置可以是有源阵列驱动显示型的，或者是无源驱动显示装置。多个像元可以是单色的。对于彩色显示装置，像元可以分组，每组具有不同的颜色；可选地，单独的图像元素也能够显示不同的颜色。

支撑板间的空间10充满两种流体：第一流体11和第二流体12。第二流体与第一流体不混溶。第二流体为导电性的或电极性的，可以是水或诸如氯化钾水溶液的盐溶液。优选地，第二流体是透明的，但可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。第一流体是非导电性的，例如可以是如同十六烷或（硅树脂）油的烷烃。

第一流体吸收至少一部分光谱，第一流体对于一部分光谱可以是透射的，形成颜色过滤器。为了这个目的，第一流体可以通过添加颜料微粒或染料被染色。可选地，第一流体可以是黑色，即充分地吸收光谱的所有部分，或者反射。反射层可以反射整个可见光谱，使该层呈现为白色，或反射它的部分，使其有颜色。

支撑板5包括绝缘（insulating）层13。绝缘层可以是透明的或反射的，绝缘层13可以在像元的壁之间延伸。然而，为避免在第二流体12以及布置在绝缘层下的电极之间的短路，优选地，绝缘层是在多个图像元素2上延伸的连续层，如图中所示。优选地，绝缘层的厚度少于2微米，更优选地，少于1微米。

绝缘层可以是疏水层；可选地，它可以包括疏水层15和电介质层16，疏水层15面向空间10，如图中所示。例如，疏水层可以是DuPont公司提供的诸如AF1600或AF1601的非晶体含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物。优选地，疏水层的厚度在300nm和800nm之间。电介质层可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。

表面14的疏水特性使得第一流体11优先粘附至绝缘层13，因为第一流体具有比第二流体12高的相对于绝缘层13的表面润湿性。润湿性涉及流体对固体表面的相对亲和性。

每个元件2包括作为支撑板5的一部分的电极17。电极17通过绝缘层13与流体分离；邻近像元的电极被非导电层分离。其他层可以设置在绝缘层13和电极17之间。电极17可以是任何期望的形状或形式。在图中示意性地表示出，通过信号线18向像元的电极17提供电压信号。第二信号线19被连接至与导电的第二流体12接触的电极。当所有元件被第二流体12流动地互相连接并且共享第二流体而不被壁阻断时，该电极由所有元件共用。像元2可以由施加在信号线18和19间的电压Ｖ控制。基板7上的电极17被耦连至显示驱动系统。在具有以阵列形式设置的像元的显示装置中，在基板7上电极可以被耦连至控制线阵列。

第一流体11被沿着像元横截面的壁20限制于一个像元。像元的横截面可以具有任意形状；当像元以阵列形式排列时，横截面通常是正方形或长方形。虽然壁被示为从绝缘层13突出的结构，但它们也可以是支撑板的排斥（repel）第一流体的表面层，例如亲水层或弱疏水层。壁可以从第一支撑板向第二支撑板延伸，但是也可以如图1所示从第一支撑板向第二支撑板部分地延伸。由虚线3和4表示的像元的范围，由壁20的中心限定。由虚线21和22表示的像元的壁之间的区域被称为显示区域23，其上产生显示效果。

图2示出第一支撑板的疏水层的平面图中的正方形像元的阵列。图2中，中心像元的范围（与图1中的虚线3和虚线4对应）由虚线25表示。线26表示壁的内边界；该线也是显示区域23的边。壁20的图案覆盖第一区域27。

当没有电压施加在电极间时，第一流体11在壁之间形成一层，如图1所示。施加电压会使第一流体收缩（contract），例如靠着壁，如图1中虚线形状24所示。第一流体的可控形状用于作为光阀操作像元，在显示区域23提供显示效果。

在显示装置的制造过程中，包括电极17的电极结构被设置在基板7上。随后，包括疏水层15的绝缘层13被布置在电极结构上。

通过减小疏水层15的表面14的疏水性的处理步骤，该表面14为壁的应用作准备。该步骤可以包括反应离子蚀刻和／或等离子处理。由于该步骤，表面14的形成图像的显示装置区域的外部的部分可以被屏幕隔开。形成图像的区域是显示区域的全部和在壁中间的区域。

壁可以用已知方法设置在第一区域27中的表面14上，已知方法可包括在表面上旋涂壁材料（例如，SU-8），预烘干该层壁材料，使用光刻图案化该层，以及从显示区域23去除壁材料。

制造过程中的下一步是增强显示区域23内的表面14的疏水性。根据本发明，该表面受疏水层15的材料的溶剂作用，优选地，该溶剂为气相或液相。当疏水层由诸如AF1600、AF1601、Cytop或者Fluoropel的非晶体含氟聚合物制成时，优选的溶剂为由3M公司生产的诸如HFE7100的氢氟代醚，或诸如FC40、FC70、PF-5060、AK-225以及FC57的碳氟化合物。这些溶剂不溶解壁材料。对溶解过程的控制通过向该溶剂添加油基（oil-based）稀释剂来改善；稀释剂和溶剂形成真正的溶液。稀释剂的实例为庚烷、十四烷、癸烷、辛烷或者戊烷。例如，HFE7100分子有碳氟分支（branch）以及碳分支。碳氟分支溶解疏水层，碳分支有助于与例如庚烷形成优良的溶剂。

当使用液态溶剂时，具有疏水层的支撑板可以被浸入容纳该液体的溶池中。可选地，液体可以被喷洒在支撑板上或在旋转支撑板时分配在其上。当使用气体溶剂时，具有疏水层的支撑板可以被放置在部分地装有液体溶剂的腔体中，避免支撑板和该溶剂间的直接接触。该液体溶剂的蒸发将使支撑板被溶剂的蒸汽包围，这会使得疏水层的表面层被去除从而恢复它的疏水性。

在完成对表面的处理后，在溶剂或稀释剂干燥以前，通过将支撑板5浸入有诸如烯烃或其他液体的阻化剂的溶池中，使溶解过程停止。当该处理通过气体溶剂实现时，可以通过结束与该气体的接触停止处理。随后，将支撑板浸入诸如水、乙醇、IPA（异丙基乙醇）的水溶液中，接着进行干燥步骤。此外，支撑板可以经历150℃的热处理步骤。

在完成对第一支撑板5的制造后，使用已知方法（例如，在国际专利申请WO2005/098797中所公开的）施加第一流体11。在空间10已以已知方式（例如，国际申请WO2009/065909中所公开的）被第二流体12填满以后，第一支撑板5和第二支撑板6使用例如压敏胶安装在一起。

图3示出了根据本发明的表面处理后显示装置的疏水层的横截面。第一区域27内疏水层15的厚度31大于显示区域23内疏水层的厚度32。厚度的差可以通过拆开显示装置，使用用于壁材料的溶剂去除任意壁，以及测量在壁20所在的第一区域27和显示区域23之间的边界上疏水层的表面轮廓。表面轮廓可以通过使用诸如Scientific Computing International公司制造的Filmtck的测量装置，或者轮廓扫描器确定。

虽然本发明参考电润湿显示装置进行了阐明，但本发明适用于亲水材料布置于疏水层上的任何电润湿装置。其他电润湿装置的实例是诸如电润湿光圈和快门的电润湿光学元件，以及芯片实验室（lab-on-a-chip）装置。

以上实施方式应当理解成本发明的说明性实例。本发明的其他实施方式是可以设想的。需要理解的是关于任一实施方式描述的任何特征可以单独使用，或与所描述的其他特征组合使用，也可以与一个或多个其他实施方式的一个或多个特征组合使用，或任何其他实施方式的任意组合。此外，在不偏离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，也可以采用以上未描述的等同物和修改。

Claims (15)

1.一种制造用于电润湿装置的支撑板的方法，包括以下步骤：

设置具有疏水层的所述支撑板；

在所述疏水层上布置亲水材料的图案；以及

通过溶剂去除所述疏水层的表面层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述溶剂为用于选择性地溶解所述疏水层的材料的溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述溶剂为气体溶剂。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，去除表面层的步骤包括使用稀释剂。

5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，所述溶剂为碳氟化合物基的和/或，在使用稀释剂的方法中，所述稀释剂为油基的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述溶剂和所述稀释剂形成溶液。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，包括通过应用液体停止去除所述表面层的步骤，在去除所述表面层的步骤和应用所述液体之间的时间足够短，以使所述溶剂或所述稀释剂在所述液体使用之前不干。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括热处理所述支撑板的步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括以下步骤：

在所述支撑板上提供第一流体和第二导电的或极性的流体，所述第一流体和第二流体不混溶；

提供另一个支撑板；以及

密封所述支撑板和所述另一个支撑板，从而在所述支撑板和所述另一个支撑板之间形成包括所述第一流体和所述第二流体的腔体。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述电润湿装置为电润湿显示装置。

11.一种电润湿装置，包括根据权利要求1至10中任一项所述的方法制造的支撑板。

12.一种电润湿装置，包括支撑板，所述支撑板包括具有厚度的疏水层，以及布置在所述疏水层的第一区域上的亲水材料图案，

所述疏水层的厚度在所述第一区域内大于在所述第一区域外。

13.根据权利要求12所述的电润湿装置，其中，所述疏水层在所述第一区域外具有比在所述第一区域内更高的疏水性。

14.根据权利要求12或13所述的电润湿装置，其中，所述电润湿装置为电润湿显示装置。

15.根据权利要求14所述的电润湿显示装置，包括多个电润湿元件，其中，所述亲水材料图案形成限定所述电润湿元件的范围的壁。

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