CN104317048A - 多层壁结构的电润湿支撑板及其制备方法、电润湿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，包括以下步骤：在支撑板上逐层布置像元壁材料形成像元壁，在后一层像元壁材料的宽度小于其前面一层的像元壁材料的宽度；在所形成的像元壁表面及像元壁在支撑板上所围成的凹槽区域覆盖一疏水层；在所述的疏水层上设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述像元壁围成的凹槽区域底部的疏水层；去除像元壁上表面的疏水层；去除保护层。本发明还提供了利用上述方法制备的支撑板及包括该支撑板的电润湿装置。本发明解决了由于疏水材料层与壁材料层之间存在缝隙而引起的上下支撑板短路的问题，也解决了疏水层厚度不均匀的问题。本发明可用于电润湿装置。

Description

多层壁结构的电润湿支撑板及其制备方法、电润湿装置

技术领域

本发明涉及电润湿技术，具体涉及一种多层壁结构的电润湿装置支撑板及其制备方法，和包括该支撑板的电润湿装置。

背景技术

电润湿又名电湿润，目前电润湿显示技术已经有了普遍的应用，它提供一种基于电润湿技术的显示单元，包括流体腔室和电极结构，其中流体腔室包含导电流体和不导电流体，流体相互接触且不可混溶，其中电极结构包含与导电流体接触的第一电极和设置在腔室壁处的第二电极装置。国际专利申请WO 2003/071346 中描述了一种电润湿显示装置，它包括两个支撑板，在其中一个支撑板上设置有壁图案即像元壁，像元壁限定了显示装置的图像元素，像元壁之间所形成的区域就是显示区，电润湿显示装置就在这个显示区上产生显示效果。为了便于图像元素的适当操作，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，因此要在显示区上设置疏水层。在制造期间，先在支撑板中图像元素所处的区域上覆盖一层疏水层，再在疏水层上面沉积壁材料层，并且使用光刻法等方法来图案化该壁材料层，从而在疏水层上制造壁。

由于像元壁是由亲水材料制成的，壁材料层与疏水层之间的附着力比较弱，沉积在疏水层上面的壁材料层容易从疏水层剥离掉。为了解决这个问题，现有技术中采用的方法之一是，在疏水层上沉积壁材料层之前，先通过反应离子蚀刻等方法降低疏水层的疏水性，当形成壁之后，再将疏水层进行热处理，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。另外一种方法为：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。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。现有技术中所采取的一种方案为，先在支撑板上制作像元壁，再将疏水层材料覆盖像元壁和支撑板上，并通过在像元壁围成的凹槽中增加保护层后再刻蚀的方法，使得疏水层表面免受损伤，解决了因疏水层表面受损而引起的质量问题。但是，这种方法存在一个问题，就是当疏水层材料被刻蚀成像素格形状的图案后，由于疏水层和壁材料的粘结存在空隙，在多次开关后，会引起疏水层上方的水（或者是离子液体及诸如氯化钾或氯化钠水溶液的盐溶液）与下电极接触后短路的问题，从而影响器件的可靠性。另外还会出现像疏水层材料在像素墙和疏水层交界处的堆积问题，也就是疏水层厚度不均匀的问题，影响器件的开关性能。

本发明可以用于电润湿装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，该方法由于疏水材料层与壁材料层之间存在缝隙而引起的上下支撑板短路的问题，并且使疏水层的厚度更加均匀。本发明另外提供了一种多层壁结构的电润湿装置支撑板及包括该支撑板的电润湿装置。

本发明所采用的技术方案是：一种多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，包括以下步骤：

1）在支撑板上逐层布置像元壁材料形成像元壁，在后一层像元壁材料的宽度小于其前面一层的像元壁材料的宽度；

2）在步骤1）所形成的像元壁表面及像元壁在支撑板上所围成的凹槽区域覆盖一疏水层；

3）在步骤2）所述的疏水层上设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述像元壁围成的凹槽区域底部的疏水层；

4）去除像元壁上表面的疏水层；

5）去除保护层。

不同层像元壁材料使用的材料可以相同或者不同，优选地，为光刻胶材料。

优选地，所述像元壁材料的层数大于等于2。

每层像元壁材料的厚度相同或不同，优选地，所形成的像元壁的高度为2μm～20μm。

优选地，所述疏水层的厚度为100nm～2000nm。

优选地，去除像元壁上表面的疏水层后，所述像元壁高度控制为2μm~20μm。去除疏水层时可除去部分的像元壁材料。

本发明的另一方面，提供了一种多层壁结构的电润湿装置支撑板，所述电润湿装置支撑板为使用上述的制备方法所制备。

本发明还提供了一种电润湿装置，包括上述的多层壁结构的电润湿装置支撑板。

进一步地，所述的电润湿装置为电润湿显示装置。

本发明的有益效果是：本发明在制备像元壁时，由多层宽度递减的像元壁材料层逐步累积而成，使疏水层紧密附着在不同层壁材料的宽度差所形成的台阶上，这样当去除像元壁上表面的疏水层时，由于像元壁侧面的疏水层仍然紧密附着于像元壁材料侧面的台阶上，因而不会形成疏水层与像元壁中间的间隙，解决了由于疏水层与像元壁之间的缝隙而引起的上下支撑板短路的问题。同时，这种宽度递减的像元壁形状能够使疏水层厚度更均匀，从而提高器件的开关性能，提高产品的质量和可靠性。本发明可用于电润湿装置。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明实施例的电润湿显示装置的像元结构的截面图；

图2是本发明实施例的电润湿显示装置像元结构俯视图；

图3-8是本发明的制备多层壁结构的电润湿装置支撑板的过程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～图2所示，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2的横向范围在图中由两条虚线3和4表示。像元2包括第一支撑板5和第二支撑板6。这些支撑板5和6可以是每个像元2的分离的部件，但是优选地，这些支撑板5和6被多个像元2共有。支撑板5和6可以包括玻璃或聚合物基板6和7，并且可以是刚性的或柔性的。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上，而不是疏水层15上。

电润湿显示装置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上形成的图像显示。在图1中，第一支撑板5面向背面9 ，第二支撑板6面向观看面8，可选地，第一支撑板5可以面向观看面8。电润湿显示装置1可以是反射型、透射型或透射反射型的。电润湿显示装置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。电润湿显示装置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1。多个像元2可以是单色的。对于彩色显示装置，像元2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5和6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钠水溶液的盐溶液。优选地，第二流体12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，或反射它的部分，使其有颜色。

第一支撑板5包括绝缘（insulating）层13。绝缘层13可以是透明的或反射的，绝缘层13可以在像元2的壁之间延伸。如图1中所示。优选地，绝缘层13的厚度少于2μm，更优选地，少于1μm。

绝缘层13可以全部是疏水层15，可选地，也可以包括疏水层15和电介质层16，疏水层15面向空间10，如图1中所示。疏水层15可以是DuPont 公司提供的诸如AF1600、AF1600X或AF1601的非晶体含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物，如Cytop，Hyflon等。优选地，疏水层15的厚度在100nm~2000nm。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的一部分的电极17。电极17通过绝缘层13与流体分离；邻近像元2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1中仅示意性地表示出，通过信号线18向像元2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，该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2的显示装置1中，在基板7上的第一电极17可以被耦连至控制线阵列。

第一流体11被沿着像元2横截面的像元壁20限制于一个像元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，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，但它们也可以是第一支撑板5的排斥（repel）第一流体11的表面层，例如亲水层或弱疏水层15。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1所示从第一支撑板5向第二支撑板6部分地延伸。由虚线3和4表示的像元2的范围，由像元壁20的中心限定。由虚线21和22表示的像元2的像元壁20之间的区域被称为显示区域23，在其上产生显示效果。

图2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2中，中心像元2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，如图1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1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，包括电极17的电极结构被设置在基板7上。接着为防止上下支撑板5和6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3～图8所示，根据本发明的一示范性实施例，制造本发明的多层壁结构的电润湿装置支撑板的步骤为：

1）在支撑板上逐层布置像元壁材料制造像元壁，其中在后一层像元壁材料的宽度小于其前面一层的像元壁材料的宽度。

可以用已知方法将像元壁材料逐层设置在第一区域27中的第一支撑板5的电介质层16的表面上或第一电极17上，已知方法的处理步骤可包括在表面上布置像元壁20材料，布置像元壁20材料的方法可以是但不限于旋涂、狭缝涂布、刮涂等。像元壁20材料一般为亲水材料，优选为，光刻胶材料。（例如，SU-8）。第一层像元壁20材料的宽度可根据需要进行选择。

可接着在第一层像元壁20材料上选择性地布置第二层或更多层像元壁20材料；后面一层像元壁材料的宽度应小于前面一层。不同层的像元壁20材料可以用相同材料，也可以用不同材料；每层像元壁20材料可以采用相同的方法布置，也可以采用不同的方法布置。

壁材料的厚度根据需要进行控制，每层壁材料的厚度可以相同，也可以不同。优选地，最后各层像元壁材料累积形成的像元壁20的高度为2μm~20μm。

2）在有像元壁20图案的第一支撑板5上布置疏水层材料。疏水层15可以是DuPont公司提供的诸如AF1600、AF1600X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15的厚度在100nm~2000nm。可以但不限于用旋涂、涂布、丝网印刷等方法涂布。

3）制造的下一个步骤是布置保护层30。

保护层30的材料可以是光刻胶，也可以是其他可以清洗掉的物质。保护层30位于像元壁20在支撑板上所围成的凹槽区域；至少要完全覆盖像元壁20之间的凹槽底部的疏水层15，凹槽两侧的像元壁20的侧面可以被覆盖部分或全部。保护层30可以为一层，也可以为两层或多层，可以选用光刻胶作为第一层材料，然后在光刻胶的上面布置另外一层或多层材料。

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所包围的凹槽区域，即显示区域23），保护层30材料在液态时会自动进入所述凹槽区域，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固化，保护层30保护了凹下部分，即显示区域23内的疏水层15将不受后续处理的损伤。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去除像元壁上表面的疏水层。

为了使疏水层15被清除完全，可以增加清除程度以去除部分疏水层15下面的像元壁20材料。去除疏水层15后像元壁20的高度可控制在2μm~20μm。允许清除的同时，去除部分保护层30材料，但不允许保护层30下的疏水层15暴露或被去除。可以采用刻蚀的方法清除疏水层，如反应离子刻蚀（RIE）,感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等，但并不局限于这些方法。

5）制造的下一个步骤是去除保护层30。

保护层30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15以及不损伤像元壁20的溶液。例如，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。

本发明另外提供的一种多层壁结构的电润湿装置支撑板，是由上述的制备方法制备而成。

本发明也提供了一种包括上述多层壁结构的电润湿装置支撑板的电润湿装置，优选地，所述电润湿装置为电润湿显示装置。

根据本发明的另一实施例，在上述步骤5）后，该方法还可以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℃的温度执行，或者优选地在低于160℃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，但本发明适用于疏水层15布置于像元壁20上的其他电润湿装置。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。本发明同样适用于如“一种制备电湿润显示支撑板”之类的发明名称。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在支撑板上逐层布置像元壁材料形成像元壁，在后一层像元壁材料的宽度小于其前面一层的像元壁材料的宽度；

2）在步骤1）所形成的像元壁表面及像元壁在支撑板上所围成的凹槽区域覆盖一疏水层；

3）在步骤2）所述的疏水层上设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述像元壁围成的凹槽区域底部的疏水层；

4）去除像元壁上表面的疏水层；

5）去除保护层。

2.根据权利要求1所述的多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，所述像元壁材料为光刻胶材料。

3.根据权利要求1所述多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，所述像元壁材料的层数大于等于2。

4.根据权利要求3所述的多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，所形成的像元壁的高度为2μm～20μm。

5.根据权利要求1所述的多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，所述疏水层的厚度为100nm～2000nm。

6.根据权利要求1多层壁结构的电润湿装置支撑板的制备方法，其特征在于，去除像元壁上表面的疏水层后，所述像元壁高度控制为2μm~20μm。

7.一种多层壁结构的电润湿装置支撑板，其特征在于，所述电润湿装置支撑板为使用如权利要求1～6中任一项所述的制备方法所制备。

8.一种电润湿装置，其特征在于，包括权利要求7所述的多层壁结构的电润湿装置支撑板。

9.根据权利要求8所述的电润湿装置，其特征在于，所述的电润湿装置为电润湿显示装置。