CN103955055A - 电润湿阵列基板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电润湿显示领域，具体提供了一种电润湿阵列基板。该电润湿阵列基板的像素单元的疏水介电层的表面上包括具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且所述像素单元的像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔。其有利于缩短液体铺展-收缩的路径，提高响应速度，并且有利于将油墨限制在像素单元内部，避免其因震荡而进入相邻像素单元。

Description

电润湿阵列基板及显示装置

技术领域

本发明涉及电润湿显示领域，具体涉及一种电润湿阵列基板及显示装置。

背景技术

在我们生活和工作的方方面面，显示设备的需求都在日益增加，相关显示技术的应用产品也在不断推出。目前，传统的CRT显示器已经基本被液晶显示器取代，但是液晶显示器由于其自身原理的限制，存在能耗较高、响应速度较慢、可视角小、颜色转换率低以及对比度低等缺点，渐渐地难以满足人们日益膨胀的使用需求。然而，电润湿技术因其高的黑/白反射率、高颜色转换率、高对比度、大可视角以及快速响应等优点，而被认为是未来可能取代液晶显示的新一代显示技术。

具体来说，电湿润显示是用非极性液体在疏水性介电薄膜上的一种“铺展-收缩”行为实现显示效果的技术。其操作原理为：当未施加电压于组件时，因为非极性水电解液滴对疏水介电层的亲和度大于极性水溶液，而使水电解液滴铺展于疏水介电层表面，当对该组件施加电压时，疏水介电层上产生的电荷分布会增加其对水的亲和力，从而驱使水电解液滴被挤压到像素单元角落。这种非极性液体的“铺展-收缩”行为就可以使组件对光的反射或折射特性发生特定的变化，进而呈现不同的显示状态。

然而，在现有技术中的电润湿显示装置中，对组件施加电压时的非极性液体通常都是被挤压到像素单元角落的。一方面，液体从铺展的状态转变为被挤压到一个角落的状态最长需要移动矩形像素单元对角线的距离，会造成不必要的时间、能量消耗，不利于响应速度的提高；另一方面，液体收缩至像素单元一角后，其高度可能会高于挡墙的高度，如果此时显示装置受到剧烈震荡，液体就可能意外地进入相邻像素单元，造成显示效果下降甚至显示故障。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种电润湿阵列基板及显示装置，不仅有利于缩短液体铺展-收缩的路径，提高响应速度，还有利于将油墨限制在像素单元内部，避免其受震荡而进入相邻像素单元

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种电润湿阵列基板，其特征在于，所述电润湿阵列基板的像素单元的疏水介电层的表面上包括具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且所述像素单元的像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔。

优选地，所述预定形状包括圆形或椭圆形。

优选地，所述电润湿阵列基板还包括位于所述疏水介电层的表面的黑色油墨层。

优选地，所述预定深度不大于所述像素单元的疏水介电层的厚度。

优选地，在所述疏水介电层的表面上，所述凹槽不与疏水介电层的表面的边界线相接或相切。

优选地，所述凹槽的中心点与所述像素单元的中心点重合。

优选地，所述像素单元的像素电极层的通孔的形状与所述凹槽相同。

优选地，所述预定面积占像素单元面积的15％至30％。

优选地，所述预定深度占所述像素单元的疏水介电层的厚度的1/3至1/2。

一种显示装置，其特征在于，该显示装置包括上述任意一种电润湿阵列基板。

(三)有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明在现有技术中电润湿阵列基板的基础上，在像素单元的疏水介电层的表面，也就是疏水介电层上设置具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且所述像素单元的像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔。这使得在施加电压后，液体不再收缩至像素单元的一角和挡墙接触，而是收缩到这些凹槽的对应位置处，从而使得液体铺展-收缩的路径缩短了，提高了响应速度；而且由于液体不再靠近于挡墙，在受到震荡时就不容易进入相邻像素单元，避免出现受震荡而进入相邻像素单元的问题。另外，由于液体在凹槽中占有一定高度，其在疏水介电层的表面之上的高度就会低于现有设计，有利于显示装置厚度的减小。

附图说明

图1是现有技术中电润湿阵列基板的像素单元在暗态(a)和亮态(b)的显示结构和原理截面示意图；

图2是现有技术中电润湿阵列基板的像素单元在暗态(a)和亮态(b)的显示效果示意图；

图3是本发明一个实施例中的电润湿阵列基板的像素单元在暗态(a)和亮态(b)的显示结构和原理截面示意图；

图4是本发明一个实施例中的电润湿阵列基板的像素单元在暗态(a)和亮态(b)的显示效果示意图。

图中附图标记：

1——公共电极层；2——像素电极(层)；3——疏水介电层；

4——亲水挡墙；5——水电解液(层)；6——黑色油墨(层)；

7——凹槽；8——通孔；。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，先介绍现有技术中的电润湿阵列基板的像素单元。其具体结构和显示原理如下所述：

参见图1(a)和图1(b)，其像素单元包括公共电极层1和像素电极层2，和处于两电极层间的水电解液层5和疏水介电层3。在水电解液层5中还有可铺展在疏水介电层3的表面的黑色油墨层6，在疏水介电层3的表面的边界处还有用于将黑色油墨6限制在像素单元内部的亲水挡墙4。该像素单元的显示原理如下：

参见图1(a)，不加电时，黑色油墨层6铺展在该像素单元的疏水介电层3的表面上，环境光或背光源的光入射到黑色油墨层6被吸收，因而显示黑态(如图2(a)所示)；参见图1(b)，加电后，疏水介电层3上产生了电荷分布，使得水电解液5和疏水介电层3的表面有好的亲和力而驱使黑色油墨6被挤压到像素单元的角落。此时，若像素单元是反射式的，环境光照入射到该像素单元没有黑色油墨6的地方被反射片反射回去显示亮态；若是透射式，则光从没有黑色油墨6的位置透射过去显示亮态，有黑色油墨6收缩的角落则吸收背光显示黑态(如图2(b)所示)。

可见，图2(a)和图2(b)中黑色油墨6从铺展的状态到收缩的状态，在于施加电压后疏水介电层3的表面电荷分布使其亲水性增强，水电解液5挤压黑色油墨6向没有电荷分布的角落移动，路径如图中箭头所示，从矩形的其他三个角收缩至一个角收缩的最远路径为矩形像素单元的对角线长。假设矩形像素单元的对角线长是l，则收缩的最远路径是l。反过来，撤去电压后从收缩状态到铺展状态的路径也是一样。

显然地，这样的铺展-收缩会造成不必要的时间、能量消耗，不利于响应速度的提高；另一方面，液体收缩至像素单元一角后，其高度可能会高于挡墙的高度，如果此时显示装置受到剧烈震荡，液体就可能意外地进入相邻像素单元，造成显示效果下降甚至显示故障。

而本发明实施例在现有技术中的电润湿阵列基板的基础上，其特征在于，所述电润湿阵列基板的像素单元的疏水介电层的表面上包括具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且所述像素单元的像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔。

本发明实施例的工作原理与现有技术的不同之处在于：

在加电后，凹槽周围的疏水介电层上产生了电荷分布，使得水电解液和疏水介电层的表面有好的亲和力而驱使黑色油墨被挤压到这些设置好的凹槽中；而与凹槽位置对应的像素电极处有一个通孔，也就是说在像素单元中的像素电极上，对于凹槽部分不加电压，这样可以使凹槽内表面不发生亲水性的改变，也就使得周围的非极性液体更容易、更紧密、更稳定地被挤压在凹槽当中。

这样一来，黑色油墨的铺展-收缩路径就从“从一角到对角”变成了“从四周到中间”，也就是有利于液体铺展-收缩路径的缩短，也就是有利于响应速度的提高。而且，由于液体不再靠近于挡墙，在受到震荡时就不容易进入相邻像素单元，避免出现受震荡而进入相邻像素单元的问题。另外，由于液体在凹槽中占有一定高度，其在疏水介电层的表面之上的高度就会低于现有设计，有利于显示装置厚度的减小。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还提出了一些优选的条件：

优选地，所述预定形状包括圆形或椭圆形。这样的设置是考虑到液体在受到挤压时会自然地与疏水介电层的表面呈圆形或椭圆形接触，所以设置同样形状的凹槽有利于液体铺展-收缩路径的进一步缩短，还有利于提高液体保持受挤压状态时的稳定性。

优选地，所述电润湿阵列基板还包括位于所述疏水介电层的表面的黑色油墨层。该特征对应于实施例中所出现的黑色油墨，当然也可以选取具有相同或相似疏水性和/或光学性质的其他液体。

优选地，所述预定深度不大于所述像素单元的疏水介电层的厚度。这一点不仅仅是考虑到了凹槽处于疏水介电层中因而深度不能大于其厚度这一点，还是考虑到了疏水介电层的上下两个表面需要保持特定的电荷分布，若凹槽深度过大则会破坏这样的分布。而且，如果凹槽深度过大形成了疏水介电层的通孔，那么在不加电时液体在该处不会附着，而水会取而代之和下面像素电极接触，影响黑态时的显示效果(此凹槽处无显示)；另外，加电后，此处的液体导通了疏水介电层的上下两个电极，会引起短路。因此，凹槽的深度不能大于疏水介电层的厚度。

优选地，在所述疏水介电层的表面上，所述凹槽不与疏水介电层的表面的边界线相接或相切。这一点的设计主要出于两方面的考虑：首先，若其与疏水介电层的表面的边界线相接或相切，则在加工和制造上会存在困难；其次，这样设计也是为了使液体收缩的锚定点不在疏水介电层的表面的边界附近，有利于有利于液体铺展-收缩路径的缩短，同时也更不容易在受到震荡时就不容易进入相邻像素单元。

优选地，所述凹槽的中心点与所述像素单元的中心点重合。该设计是出于效果最优化的考虑，将凹槽设置在疏水介电层的表面中心，使得液体铺展-收缩的路径缩短至最小的l/2，同时其也距离四周的挡墙最远，更不容易使液体进入相邻像素单元。

优选地，所述像素单元的像素电极层的通孔的形状与所述凹槽相同。也就是说，在像素单元中的像素电极上，只对于凹槽部分不加电压，这样可以使凹槽内表面不发生亲水性的改变，而其他地方会发生亲水性的改变，也就使得周围的非极性液体更容易、更紧密、更稳定地被挤压在凹槽当中。

优选地，所述预定面积占像素单元面积的15％至30％。这一点是考虑到一般的像素单元尺寸和所用液体的总体积结合实验得到的面积预定值，实际上采用这样的预定面积不仅有利于像素单元的生产加工的方便，还有利于液体被挤压时的显示效果的提升。

优选地，所述预定深度占所述像素单元疏水介电层的厚度的1/3至1/2。这一预定值与面积预定值类似，都是结合了理论和实验所得到的设定范围，且同样地有利于像素单元的生产加工的方便，和液体被挤压时的显示效果的提升。而且，结合上文所述，这里采用疏水介电层的厚度的1/3至1/2作为凹槽的预定厚度，既保障了疏水介电层正常的上下表面电荷分布，同时也可以使黑态时液体不至于全部堆积进入凹槽影响显示效果，更重要的是该特征使得液体处在收缩状态时的顶端高度大大下降，有利于装置厚度的减小和整个显示装置的轻薄化。

进一步地，为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面展示一种结合上述所有优选条件的电润湿阵列基板。其结构与工作原理(为方便与现有技术中的电润湿阵列基板对比，其采用同样的基本像素单元结构和黑色油墨层，但其仅作为示例)如下所述：

参见图3(a)和图3(b)，在现有技术中的电润湿阵列基板的基础上，本发明实施例在像素单元的疏水介电层3的表面的中心位置刻出一个圆形的凹槽7，其面积为矩形像素单元的15％-30％，深度为疏水介电层3的1/3到1/2，对应的像素电极2上也刻出同等形状的通孔8，刻蚀深度为像素电极层2的厚度(如图虚线所示)。

不加电时，黑色油墨层6铺展在该像素单元的疏水介电层3的表面上，环境光或背光源的光入射到黑色油墨层6被吸收，因而显示黑态(如图4(a)所示)。

加电时，疏水介电层3上会产生电荷分布；但是因为疏水介电层3和像素电极2中心刻出的凹槽7和通孔8，所以与凹槽7对应的位置处没有电荷分布，除此之外的其余部分的疏水介电层3的表面都有电荷分布。在有电荷分布的地方，水电解液5和疏水介电层3的表面有好的亲和力而驱使黑色油墨层6挤压到像素单元的中心的圆形凹槽7位置，因为此处仍然具有亲水性。若是反射式，环境光照射到该像素单元没有黑色油墨层6的地方被反射片反射回去显示亮态，有黑色油墨6收缩的位置则吸收光显黑态；若是透射式，则光从没有黑色油墨6的位置透射过去显示亮态，有黑色油墨6收缩的位置则吸收背光显示黑态(如图4(b)所示)。此时，由于凹槽所述面积比例小，所以即使油墨收缩处为黑态，像素整体显示仍然为亮态。

值得提出的是，图3(a)和图3(b)中黑色油墨6从铺展的状态到收缩的状态，在于施加电压后疏水介电层3的表面电荷分布使其亲水性增强，水电解液5挤压黑色油墨6向没有电荷分布的中心圆形凹槽7处移动，路径如图中箭头所示，从矩形的其他四个角收缩至中心的最远路径为矩形像素单元的半个对角线长。假设矩形像素单元的对角线长是l，则收缩的最远路径是0.5l。反过来，撤去电压后从收缩状态到铺展状态的路径也是一样。而且，黑色油墨6收缩至像素单元中心处后，不会因为震荡进入相邻像素单元。另外，由于黑色油墨6在凹槽7中占有一定高度，其在疏水介电层3的表面之上的高度就会低于现有设计，有利于显示装置厚度的减小。

当然，本领域技术人员可以基于同样的发明构思，提出其他位置下具有其他形状、面积、深度或任意其他特征的凹槽，或是采用其他的非极性液体或基本的像素单元结构，其无疑与上述任意一种电润湿阵列基板具有一个共同的技术特征(疏水介电层的表面上包括凹槽，像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔)，并能解决同样的技术问题，达到类似的技术效果，所以其本质很明显地未脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

基于相同的发明构思，本发明实施例提出了一种显示装置，该显示装置包括上述任意一种电润湿阵列基板，该显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

由于本发明实施例提供的显示装置与上述任意一种电润湿阵列基板具有相同的技术特征，所以也能解决同样的技术问题，产生相同的技术效果。

综上所述，本发明通过在现有技术中的电润湿阵列基板的基础上，在像素单元的疏水介电层的表面，也就是疏水介电层上设置具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且在所述像素单元的像素电极层中设置与所述凹槽位置对应的通孔，克服了现有技术的缺陷，有利于缩短液体铺展-收缩的路径，提高响应速度，并且有利于将液体限制在像素单元内部，避免出现受震荡而进入相邻像素单元的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电润湿阵列基板，其特征在于，所述电润湿阵列基板的像素单元的疏水介电层的表面上包括具有预定形状、预定面积与预定深度的凹槽，并且所述像素单元的像素电极层中包括与所述凹槽位置对应的通孔。

2.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述预定形状包括圆形或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述电润湿阵列基板还包括位于所述疏水介电层的表面的黑色油墨层。

4.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述预定深度不大于所述像素单元的疏水介电层的厚度。

5.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，在所述疏水介电层的表面上，所述凹槽不与疏水介电层的表面的边界线相接或相切。

6.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述凹槽的中心点与所述像素单元的中心点重合。

7.根据权利要求1所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述像素单元的像素电极层的通孔的形状与所述凹槽相同。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述预定面积占像素单元面积的15％至30％。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的电润湿阵列基板，其特征在于，所述预定深度占所述像素单元的疏水介电层的厚度的1/3至1/2。

10.一种显示装置，其特征在于，该显示装置包括如权利要求1至9中任意一项所述的电润湿阵列基板。