CN104090360B

CN104090360B - 一种制备电润湿显示支撑板的方法

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Publication number: CN104090360B
Application number: CN201410159289.1A
Authority: CN
Inventors: 周国富; 吴昊; 罗伯特·安德鲁·海耶斯; 李发宏
Original assignee: South China Normal University; Shenzhen Guohua Optoelectronics Co Ltd; Academy of Shenzhen Guohua Optoelectronics
Current assignee: Shenzhen Guohua Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: CN104090360A

Abstract

本发明公开了一种制备电润湿显示支撑板的方法，包括：在一支撑板上设置像元壁，其中所述像元壁由亲水材料制成；在所述支撑板和像元壁上施加一疏水材料层；在疏水材料层上设置至少一层保护层，其在处于液态时流入像元壁所包围的凹槽中并完全覆盖凹槽中的疏水层部分；经由蚀刻工艺或光刻工艺除掉像元壁上部的疏水层；清洗保护层。本发明还公开了利用所述方法制造的电润湿显示支撑板。根据本法发明的方法，疏水层表层完全不需要经过降低疏水性的处理，也不受到溶解的损伤，清洗遮挡层的溶液不对疏水层造成损伤，所以完全保留了疏水层表面的最佳的疏水性及平整性。可以很好的解决回流问题。

Description

一种制备电润湿显示支撑板的方法

技术领域

本发明涉及一种制备显示支撑板的方法，尤其涉及一种制备电润湿显示支撑板的方法。

背景技术

诸如国际专利申请WO2003/071346中描述的电润湿显示装置包括两个支撑板。在其中一个支撑板上设置有壁图案（像元壁），该图案限定显示装置的图像元素。图像元素（可以是像素或亚像素）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。电润湿显示装置的像素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，而图像元素的壁则由亲水材料制成。通过在疏水层上沉积壁材料层并且使用（例如）光刻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剥离。已知在涂覆壁材料层之前降低疏水层的疏水性，例如通过反应离子蚀刻。形成壁之后，将疏水层热处理，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。

其他方法是使用光刻步骤，通过在暴露区域应用（例如）反应离子蚀刻、等离子体或UV臭氧处理而仅仅降低预定区域中的疏水性。缺点在于需要额外的光刻步骤以及伴随着增加的分层风险难以对均匀疏水面应用光刻处理。(摘自专利CN102792207A)

也有另一种办法：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。（专利CN102804023的方法）但溶剂去除疏水层表面层难以控制，以及影响亲水材料对疏水层的粘附力。

现有技术的显示装置质量不令人满意的一个主要原因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。将亲水材料布置在疏水层上，需要降低疏水层的疏水性，这种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。而溶解疏水层表面的方法也存在难以控制溶解速率及平整度的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种先进的制备电润湿显示支撑板的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明的一个方面，提出了一种制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在一支撑板上设置像元壁，其中所述像元壁由亲水材料制成并具有一高度；

2）在所述支撑板和像元壁上施加一疏水材料层；

3）在疏水材料层上设置至少一层保护层，其在处于液态时流入像元壁所包围的凹槽中并完全覆盖凹槽中的疏水层部分；

4）去除像元壁上部的疏水材料层；

5）清洗掉保护层。

优选地，在步骤3）中，像元壁上部的整个疏水层裸露未被保护层覆盖，或像元壁上部的疏水层至少部分被一较薄保护层覆盖，其中且该较薄保护层的厚度小于所述凹槽中的保护层厚度；在步骤4）中，所述去除处理包括蚀刻处理，且控制所述蚀刻处理使像元壁上部的较薄保护层和像元壁上部的疏水层被蚀刻掉，而所述凹槽中的保护层不被蚀刻至裸露出疏水层。

优选地，在步骤3）中，像元壁上部的疏水层至少部分被保护层覆盖；在步骤4）中，经由光刻工艺选择性地去除像元壁上部的保护层和像元壁上部的疏水材料层。

优选地，在步骤1）中，所述像元壁的高度为不小于2μm。

优选地，所述疏水层的厚度为100nm-2000nm。

优选地，所述保护层包括适用于光刻或蚀刻工艺的可清洗掉的材料。

优选地，所述保护层设置为，在步骤4）中，被保护层覆盖的凹槽中的疏水层部分不被蚀刻，且控制蚀刻处理使蚀刻后的像元壁的高度为2-20μm。

优选地，控制蚀刻处理使蚀刻后的像元壁的高度为3-12μm。

根据本发明的另一方面，提出了一种电润湿显示支撑板，其利用上述的制备电润湿显示支撑板的方法制造。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：

根据本法发明的方法，疏水层表层完全不需要经过降低疏水性的处理，也不受到溶解的损伤，清洗遮挡层的溶液不对疏水层造成损伤，所以完全保留了疏水层表面的最佳的疏水性及平整性。可以很好的解决回流问题。

附图说明

以下结合附图，对本发明的实施例进行详细的描述：

图1a为基于现有电湿润显示技术的一像元结构的侧视图；

图1b为所述像元结构的俯视图；

图1c为根据本发明的一具体实施例的像元结构的侧视图；

图2a-2e为根据本发明的一具体实施例的制备电润湿显示支撑板的方法的示意图。

具体实施方式

图1a为基于现有电湿润显示技术的一像元结构的侧视图，图1c为根据本发明的一具体实施例的像元结构的侧视图，根据本发明的方法，可制造与现有技术相近的电湿润显示结构，其相对于现有技术的一个最主要的改进是，如图1c所示，其中像元壁20设置在第一支撑板5上，更具体地为设置在电介质层16或第一电极17之上，而不是在疏水层15上。图1b所示的为所述像元结构的俯视图。

以下参照图1a-1c，对根据本发明的电湿润像元结构进行详细描述，其中该像元结构是构成一电湿润像素单元的基础。参照图1c，作为根据本发明的一示范性的实施例，电润湿显示装置1示出了其局部横截面。显示装置1可包括多个像元2，在图中为便于说明仅示出了其中的一个。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。第一支撑板5可以包括玻璃或聚合物基板7，以及第二支撑板6可以包括玻璃或聚合物基板，并且其可以是刚性的或柔性的。

显示装置1具有观看面8和背面9，可以观看由电润湿显示装置1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5可以面向观看面。显示装置1可以是反射型、透射型或透射反射型。显示装置1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2。显示装置1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2可以是单色的。对于彩色的显示装置1，像元2可以分组，每组包括不同颜色的像元2，例如基于RGB或CYMK模式的分色；可选地，单独的像元2也能够显示不同的颜色。

第一、而支撑板5、6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12与第一流体11不混溶。第二流体12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12是透明的，但也可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。第一流体11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11吸收至少一部分光谱，第一流体11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11可以通过添加颜料微粒或染料以被染色。可选地，第一流体11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，或设置为反射光谱的一部分，以使其显示白色以外的颜色。

第一支撑板5包括绝缘层13。绝缘层13可以是透明的或反射的，绝缘层13可以仅在像元壁20之间的区域延伸。然而，为避免在第二流体12和布置在绝缘层13下的电极之间发生短路，优选地，如图1a和图1c所示，绝缘层13或绝缘层13的至少一部分厚度（例如下述的电介质层16）是在多个像元2上延伸的连续层。优选地，绝缘层13的厚度少于2μm，更优选地，少于1μm。

绝缘层13可以全部由疏水层15构成；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，或者含氟聚合物（cytop）,或者全氟烷氧基树脂（hyflon），或者特氟龙（teflon），或者任何其他低表面能聚合物。优选地，疏水层15的厚度在100nm和2000nm之间。电介质层16可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。

疏水层15的表面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11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。

每个像元2包括作为第一支撑板5的一部分的第一电极17。第一电极17通过绝缘层13与流体分离；邻近像元2的第一电极17被非导电层分离。其他层可以设置在绝缘层13和第一电极17之间。第一电极17可以是任何期望的形状或形式。在图中仅作为示意性地示出，通过第一信号线18向像元2的第一电极17提供电压信号。第二信号线19被连接至导电的第二流体12，或与第二流体12接触的第二电极。当所有的像元2被第二流体12流动地互相连接并且共享第二流体12而不被像元壁20阻断时，第二电极由所有像元2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上的第一电极17被耦合连接至一显示驱动系统。在具有以阵列形式设置的像元2的显示装置1中，在基板7上的第一电极17可以被耦合连接至一控制线阵列。

如图1b的俯视图所示，以及图1a、1c的像元2的横截面所示，第一流体11被沿着每一像元2的像元壁20限制在像元2内。像元2的横截面可以具有任意形状。当像元2以阵列形式排列时，该横截面通常是正方形或长方形。虽然像元壁20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11的表面层，例如亲水层或弱疏水层。像元壁20可以从第一支撑板5向第二支撑板6延伸，但是也可以如图1a、1b所示从第一支撑板5向第二支撑板6部分地延伸，根据本发明的实施例，优选地其从第一支撑板5的电介质层16上延伸。由虚线3和4表示的像元2的范围，由像元壁20的中心线限定。由虚线21和22表示的像元的像元壁20之间的区域被称为显示区域23，其上产生显示效果。

图1b示出第一支撑板5的疏水层15的平面图中的正方形像元2的阵列。图1b中，中心像元2的范围（与图1a、1c中的虚线3和虚线4对应）由虚线25表示。线26表示像元壁20的内边界，该线也是显示区域23的边。像元壁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在像元壁20之间形成一层流体，完全覆盖疏水层15，如图1a、1c所示。施加电压会使第一流体11收缩（contract），例如靠着像元壁20，如图1a、1c中虚线形状24所示。第一流体11的可控形状用于作为光阀操作像元2，在显示区域23提供显示效果。

在显示装置1的制造过程中，包括第一电极17的电极结构设置在基板7上。接着为防止短路可布置一层电介质层16，电介质层16可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。（也可以不布置电介质层16，直接用疏水层15当做电介质层16）。

如图2a-2e所示，根据本发明的一示范性实施例，制造如显示装置1的电湿润显示支撑板的方法包括以下步骤：

1）布置像元壁20。与现有技术不同的是，像元壁20可以用已知方法设置在图1b的第一区域27中的第一支撑板5的电介质层16的表面上，已知方法的处理步骤可包括在表面上旋涂像元壁材料（例如，SU-8）预烘干该层像元壁材料，使用光刻图案化该层，以及从显示区域23去除像元壁材料。其中，像元壁材料为亲水材料。

2）在有像元壁20图案的第一支撑板5上布置疏水层15。例如，疏水层15可以是DuPont公司提供的诸如AF1600或AF1601的非晶体含氟聚合物，或者含氟聚合物,或者全氟烷氧基树脂，或者特氟龙，或者任何其他低表面能聚合物，可以设置在第一支撑板5的电介质层16的表面上。优选地，疏水层15的厚度在100nm和2000nm之间。可以但不限于用旋涂、涂布、丝网印刷等方法涂布。

特别地，针对已知工艺中先在支撑板上布置疏水层15，再布置像元壁20的亲水材料会存在附着力弱的问题。根据本发明的方法是先布置带图案的亲水材料（如像元壁20），再在亲水材料上布置疏水材料（如疏水层15），完全不存在附着力弱的问题。像元壁20高度可设为4μm以上，本实施例中，像元壁20高度优选为不少于2μm。

3）制造的下一个步骤是布置保护层30。保护层30所用的材料可以是光刻胶，也可以是其他适用于光刻或蚀刻工艺的可以清洗掉的物质。厚度需要控制在：最低要覆盖所有像元壁20之间的凹槽31。保护层30可以为一层，也可以为两层或多层，示例性地，可以选用光刻胶作为第一层保护层30材料，然后在光刻胶的上面布置第二或更多层保护层30材料。该材料能够用光刻和蚀刻的方法成像，但该材料对RIE有更高的抵抗力。其中，光刻工艺一般包括布置光刻胶、对准曝光、显影、蚀刻、等关键工序。

虽然基本光滑的疏水层15和保护层30存在粘附性问题，但由于疏水层15存在凹凸区别的区域（如像元壁20所包围的凹槽31，即显示区域23），保护层30材料在液态时会进入所述凹槽31，完全覆盖疏水层15的位于显示区域23内的部分，且不覆盖或仅部分覆盖疏水层15的位于像元壁20上部的部分。然后，再烘干保护层30，保护层30保护了凹下部分，即显示区域23内的疏水层15将不受蚀刻损伤。

制造保护层30的方法可以是但不限于旋涂、刮涂、涂布、淋涂、丝网印刷等。

4）制造的下一个步骤是蚀刻像元壁20上未被保护层30覆盖的疏水层15。为了使疏水层被蚀刻完全，可以增加蚀刻程度以蚀刻位于未被保护层30覆盖的疏水层15下面的像元壁20的部分亲水材料。蚀刻后像元壁20的高度可控制在2-20μm，优选地在3-12μm，更优选地在3-10μm。允许蚀刻部分保护层30材料，但不允许保护层30下的疏水层15暴露被蚀刻。蚀刻可选用但不限于反应离子蚀刻（RIE）,感应耦合等离子体蚀刻（ICP）。

步骤3）和4）中，可能出现几种情况：

像元壁20上部的整个疏水层15裸露未被保护层30覆盖，或像元壁20上部的疏水层15至少部分被一较薄保护层覆盖，其中且该较薄保护层的厚度小于所述凹槽31中的保护层30厚度。在步骤4）中，控制所述蚀刻处理使像元壁20上部的较薄保护层和像元壁20上部的疏水层15被蚀刻掉，而所述凹槽31中的保护层30不被蚀刻至裸露出疏水层15。

像元壁20上部的疏水层至少部分被一较厚保护层覆盖。在步骤4）中，可选地，经由光刻工艺及其蚀刻工序选择性地去除像元壁20上部的较厚保护层和像元壁20上部的疏水层15。

5）制造的下一个步骤是清洗保护层30。保护层清洗剂的选择采用可以有效去除保护层30但不损伤被保护的疏水层的溶液。用保护层清洗剂清洗掉保护层30。当保护层30选用光刻胶（也可以使用可去除的其他材料，保护层30可以为一层，也可以是多层）时，用光刻胶的显影液或去胶液（也可以用其他材料对应的清洗剂）进行清洗，清洗剂可以是有机溶液也可以是无机溶液。优选无机溶液，避免有机溶剂有残余物遗留于疏水层15表面影响其疏水性能。之后可以用纯水和（或）其他的物理和化学方法清洗。

清洗保护层30后，为避免有机物残留，可选用UV臭氧清洗表面，此步骤也可省略。

根据本发明的另一实施例，在上述步骤5）后，还可包括热处理支撑板的步骤（也可以不包括），从而对疏水层15及其表面进行干燥。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的亲水性。

虽然本发明参考上述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。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。即使个别的技术特征在不同的权利要求中引用，本发明还可包含共有这些特征的实施例。

Claims

1.一种制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，由以下步骤组成：

1)在一支撑板上设置像元壁，其中所述像元壁由亲水材料制成并具有一高度；

2)在所述支撑板和像元壁上施加一疏水材料层；

3)在疏水材料层上设置至少一层保护层，其在处于液态时流入像元壁所包围的凹槽中并完全覆盖凹槽中的疏水层部分，其中至少一层保护层包含适用于光刻或蚀刻工艺的可以清洗掉的物质，且凹槽中的保护层高度低于像元壁；

4)去除像元壁上部的疏水材料层；

5)清洗掉保护层；

其中，在步骤3)中，像元壁上部的整个疏水层裸露未被保护层覆盖，或像元壁上部的疏水层至少部分被一较薄保护层覆盖，其中且该较薄保护层的厚度小于所述凹槽中的保护层厚度；

其中，在步骤4)中，所述去除处理包括蚀刻处理，且控制所述蚀刻处理使像元壁上部的较薄保护层和像元壁上部的疏水层被蚀刻掉，或控制所述蚀刻处理使像元壁上部的较薄保护层、像元壁上部的疏水层以及像元壁上部的部分亲水层被蚀刻掉，而所述凹槽中的保护层不被蚀刻至裸露出疏水层；被保护层覆盖的凹槽中的疏水层部分不被蚀刻，且控制蚀刻处理使蚀刻后的像元壁的高度为2-20μm。

2.根据权利要求1所述的制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述像元壁的高度为不小于2μm。

3.根据权利要求1所述的制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，所述疏水层的厚度为100nm-2000nm。

4.根据权利要求1所述的制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，所述保护层包括适用于光刻或蚀刻工艺的可清洗掉的材料。

5.根据权利要求1所述的制备电润湿显示支撑板的方法，其特征在于，控制蚀刻处理使蚀刻后的像元壁的高度为3-12μm。

6.一种电润湿显示支撑板，其特征在于，利用如权利要求1-5中任一项所述的制备电润湿显示支撑板的方法制造。