CN105044902B - 电润湿显示装置基板的制备方法、电润湿显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电润湿显示装置基板的制备方法、电润湿显示装置，本发明的制备方法通过采用模板法在像素墙材料层上布置图案化的保护材料层，进而形成像素墙图案，制备方法工艺简单，精度可控，而且通过选择柔性模板，可以实现在弯曲基板表面制备得到像素墙图案，克服了传统光刻工艺的不足。

Description

电润湿显示装置基板的制备方法、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基板的制备方法，及包括该基板的电润湿显示装置。

背景技术

电润湿（EFD，Electrofluidic Display），又名电湿润，通过控制电压来调控基板表面材料的润湿性从而控制油墨运动的显示技术。油墨是通过像素墙来限制在一个个腔体内的，形成像素墙的材料通常为光刻胶类物质，又称光致刻蚀剂。

一般通过传统的光刻工艺在疏水绝缘层表面实现图案化，得到像素墙图案，即：利用光致抗蚀剂的光化学反应特点，在紫外线照射下，通过光致刻蚀剂的光化学反应将掩模版上的图形精确地印制在涂有光致抗蚀剂的工件表面，进而对光致刻蚀剂进行显影处理，从而获得复杂的精细图形，一般要经过涂布、烘烤、曝光、显影等步骤，工艺流程比较复杂，精度控制不够精细；而且难以在弯曲基板上得到像素墙图案。

也有通过设置保护层（牺牲层）的方法来设置像素墙图案，如专利文件CN104409414A，通过在亲水的像素墙材料上设置图案化的保护材料层，然后通过光刻等工艺得到像素墙图案，简化了工艺，但是并没有给出具体的操作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电润湿显示装置基板的制备方法，具体地是在像素墙材料层上设置图案化保护层，进而得到像素墙图案的步骤。

本发明所采取的技术方案是：一种电润湿显示装置基板的制备方法，包括在像素墙材料层上布置图案化的保护材料层；进而形成的像素墙图案的步骤，该步骤包括：

制备一模板，在其底面形成与所述像素墙图案对应的凸起结构；

在凸起结构上涂布或沾浸保护材料溶液；

将具有保护材料溶液的凸起结构的底面与所述像素墙材料层表面接触，并保持一定时间，使保护材料溶液由凸起结构底面转移至所述像素墙材料层表面；

固化，在所述像素墙材料层表面形成图案化的保护材料层。

优选地，所述模板材料为无机材料、金属材料或聚合物材料。进一步优选地，所述无机材料为玻璃或者单晶硅；所述聚合物材料为PDMS、PMMA、PI、PET、PEN、PC、PCO、PES和PAR中的任一种；所述金属材料为铝、铜或钢。

优选地，所述模板为柔性模板，即所述模板具有一定的弹性，可以弯曲。

进一步地，在“固化，在所述像素墙材料层表面形成图案化的保护材料层”后，还包括“去除未被保护材料层覆盖的所述像素墙材料层”步骤，优选地，是采用显影方法去除未被保护材料层覆盖的所述像素墙材料层。

进一步地，优选地，所述保护材料为黑色材料。通常，像素墙材料如光刻胶材料，例如选用正性光刻胶，若保护材料层为黑色物质，不透光，布置完成图案化的保护材料层后，对整个下基板进行曝光处理，因保护层为黑色物质，紫外光不可以透过，因此只有未被保护层覆盖的像素墙材料发生光照下的解聚反应。进一步，对下基板进行显影，溶解掉未被保护层覆盖而发生解聚的像素墙材料，也就是去除了未被保护材料层覆盖的像素墙。

所述黑色材料可以是含有碳纳米颗粒、碳纳米管或石墨等材料的保护材料。

作为上述方案的进一步改进，所述保护材料为亲水性的无机纳米颗粒溶液、亲水性聚合物材料和亲水性的有机/无机杂合体中的任一种。

进一步优选地，所述保护材料为亲水性SOG材料、亲水性光刻胶、亲水性TiO₂纳米颗粒溶液、PI、PET、PEN、PC、PCO、PAR和PES中的任一种。

本发明的另一方面，还提供了一种电润湿显示装置，包括本发明所述制备方法得到的电润湿显示装置基板。

本发明的有益效果是：本发明通过采用模板压印的方法在像素墙材料层表面得到图案化的保护层，制备方法工艺简单，精度可控，而且通过选择柔性模板，可以实现在弯曲基板表面制备得到像素墙图案，克服了传统光刻工艺的不足。

附图说明

图1为本发明的电润湿显示基板的制备工艺流程图；

图2为本发明的模板制作流程图；

图3为本发明的电润湿显示装置结构示意图；

图4为本发明一具体实施例的模板及基模板显微结构和高度分布示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本发明的电润湿显示基板制备方法，包括以下步骤：

设置具有疏水绝缘层5的导电基板3。

导电基板3可以是TFT基板、ITO基板、金属电极基板、高分子导电薄膜等。

疏水绝缘层5通常是由低表面能的含氟聚合物形成的，例如杜邦公司的AF1600、AF1600X，AGC公司的Cytop，Solvay Plastics的Hyflon，或者任何其他低表面能聚合物材料等。疏水绝缘层5膜厚为200-800nm。涂布方式可以但不限于丝网印刷（screen-printing）、旋涂（spin-coating）、滚涂（roller-coating）、狭缝涂布（slit-coating）、浸涂（dip-coating）、喷涂（spray-coating）、刮涂（blade-coating）等。

在疏水绝缘层5上布置像素墙6材料层。

像素墙材料通常为亲水材料，可以为正性光刻胶、负性光刻胶、SOG材料、聚合物材料（如PI、PET、PEN、PC、PCO、PAR、PES等），可以通过旋涂、滚涂、狭缝涂布、浸涂、喷涂、刮涂、凹印、凸印、丝网印、喷墨打印等方式涂布。

接着，是在像素墙6材料层上布置图案化的保护材料12层的步骤。可以通过丝网印刷等方式实现图案化保护材料12层的涂布，但这种方法精度不高，优选地，采用如下步骤进行：

制备一模板11，在其底面形成与像素墙6图案对应的凸起结构。

模板11可以为无机材料、金属材料或聚合物材料。优选地，所述无机材料为玻璃或者单晶硅；所述聚合物材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、PI、PET、PEN、PC、PCO、PES和PAR中的任一种；所述金属材料为铝、铜或钢。

模板11可以是刚性模板，也可以是柔性模板，柔性模板便于在弯曲基板上操作。

对于刚性的模板11，如玻璃、硅片等刚性模板，可以采用光刻工艺或蚀刻工艺进行图案化，制得具有与像素墙图案对应的凸起结构。

而对于聚合物材料的模板11，则可以参考图2所示的工艺步骤，先采用光刻或者刻蚀工艺得到刚性的基模板10，基模板10具有与像素墙6结构相反的图案，在其表面浇铸可塑的高分子材料，然后进行固化，即得到与像素墙6对应的高分子材料的凹陷；所述的可塑高分子材料可以是，但不限于聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）、多环烯烃（PCO）、聚芳醚砜（PES）、聚芳基酸酯（PAR）等。

如，以PDMS为例，可以将PDMS预聚体与固化剂以8-12:1的质量比进行混合，抽真空排气后浇铸于刚性的基模板10表面，70-150℃加热固化0.5-3h，冷却后，脱模便可以得到PDMS制备的模板11。而且通过调节预聚物与固化剂的比例可以使PDMS模板有一定的柔性，在可以弯曲的同时具有一定的刚性，通过改变烘烤温度和时间也可以调整PDMS模板的软硬度。

如图4所示，为本发明一具体实施例的PDMS模板11及基模板10的显微结构及高度分布示意图。图4a-1为基模板10的显微结构示意图，图4a-2为基模板10的高度分布示意图；图4b-1为模板11的显微结构示意图，图4b-2为模板11的高度分布示意图。由图可见本发明的制备方法，模板的精度控制好，便于后续得到尺寸控制良好的像素墙图案。

在凸起结构上涂布或沾浸保护材料12溶液。

保护材料12主要是用来保护像素墙6的，一般而言可以是任何的起到保护作用的材料。

因为像素墙6材料通常为光刻胶材料，为了便于后续的光刻工艺，保护材料12优选为黑色材料，可以通过在保护材料12中引入碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨等黑色物质得到。由于黑色材料遮盖的像素墙6材料层不能吸收紫外线，当像素墙6材料为正性光刻胶材料时，便不会发生光刻胶聚合物的解聚反应，在显影的过程中黑色保护材料覆盖的像素墙6不会被显影剥离，而未被黑色保护材料覆盖的像素墙6则因发生了光照下的解聚反应而被显影剥离，即经过光照显影步骤得到了图案化的像素墙6。同时，因未被保护的像素墙6去除的过程为温和的化学显影过程，不会对疏水绝缘层5造成破坏。

此外，为了便于和像素墙6材料结合，优选地，保护材料12为亲水性的无机纳米颗粒溶液、亲水性聚合物材料、亲水性的有机/无机杂合体中的任一种，如亲水性SOG材料、亲水性光刻胶、亲水性TiO₂纳米颗粒溶液、PI、PET、PEN、PC、PCO、PAR和PES等。而且，因EFD工艺对像素墙6亲水性的要求，这样在后续的工艺中，无需去除像素墙6表面的保护材料12。

然后，将具有保护材料12溶液的凸起结构的底面与像素墙6材料层表面接触，并保持一定时间，使保护材料12溶液由凸起结构底面转移至像素墙6材料层表面。

最后，固化，在像素墙6材料层表面形成图案化的保护材料12层。

通常采用加热固化，使保护材料溶液中的溶剂挥发，在像素墙6材料层表面形成图案化的保护材料12层。

固化保护材料12后，通常还包括去除未被保护材料12层覆盖的像素墙6材料层的步骤。

去除的方法根据像素墙6材料的性质来决定，由于此步骤中，像素墙6材料多为光刻胶材料，故可以采用曝光显影工艺去除。进一步地，如果选用黑色的保护材料12，保护材料12层可以直接起到曝光掩膜版的作用，无需另设曝光掩膜版。

最后，去除保护材料12层，在疏水绝缘层5表面得到像素墙6图案。

可以通过刻蚀等方法去除，当然，为了保证像素墙6上表面结构平整，优选地，所述保护材料层12的去除是通过溶剂去除的，即通过溶剂溶解实现。

保护材料12层也可以不去除，尤其是保护材料12为亲水性材料，进一步的为黑色的亲水性材料时，具有比透明像素墙6更高的显示对比度，且在某些显示中可以作为BM（black matrix）材料。

如图3所示，提供了本发明的一种电润湿显示装置，包括上基板1、封装胶框2及下基板4；下基板4包含导电基板3、疏水绝缘层5、像素墙6，下基板4即为本发明的制备方法得到的电润湿显示基板。上基板1和下基板4组成的密封腔体中填充有不导电的第一流体7（烷烃、硅油等油墨），及导电的第二流体8（水、盐溶液或离子液），流体相互接触且不可混溶，通过控制电压来控制第一流体7的变化从而实现显示。

此外，对于其他的如像素墙6直接设置在基板3表面的电润湿显示基板，即不具备疏水绝缘层5的电润湿显示基板，本发明的方法同样适用。而且由于像素墙直接设置在基板3的表面上，而非疏水绝缘层5的表面上，因此可以采用反应离子刻蚀（RIE）、感应耦合等离子体刻蚀（ICP）、离子束溅射刻蚀等方法剥离未被保护层覆盖的像素墙材料。此时，因不需要进行曝光的步骤，保护材料12选择范围更广，不局限于黑色材料，可以为任何可以起到保护作用的物质，如无机材料、有机材料、高分子材料等，甚至可以为光刻胶类物质，当然也可以为黑色材料。

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)

1.一种电润湿显示装置基板的制备方法，包括在像素墙材料层上布置图案化的保护材料层；

进而形成像素墙图案的步骤，其特征在于，该步骤包括：

制备一模板，在其底面形成与所述像素墙图案对应的凸起结构，所述模板为柔性模板；

在凸起结构上涂布或沾浸保护材料溶液；

将具有保护材料溶液的凸起结构的底面与所述像素墙材料层表面接触，并保持一定时间，使保护材料溶液由凸起结构底面转移至所述像素墙材料层表面；

固化，在所述像素墙材料层表面形成图案化的保护材料层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板材料为无机材料、金属材料或聚合物材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述无机材料为玻璃或者单晶硅；所述聚合物材料为PDMS、PMMA、PI、PET、PEN、PC、PCO、PES和PAR中的任一种；所述金属材料为铝、铜或钢。

4.根据权利要求1所述的制备方法，在“固化，在所述像素墙材料层表面形成图案化的保护材料层”后，还包括“去除未被保护材料层覆盖的所述像素墙材料层”步骤，其特征在于，是采用显影方法去除未被保护材料层覆盖的所述像素墙材料层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述保护材料为黑色材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述保护材料为含有碳纳米颗粒，碳纳米管或石墨的材料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保护材料为亲水性的无机纳米颗粒溶液、亲水性聚合物材料和亲水性的有机/无机杂合体中的任一种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述保护材料为亲水性SOG材料、亲水性光刻胶、亲水性TiO₂纳米颗粒溶液、PI、PET、PEN、PC、PCO、PAR和PES中的任一种。

9.一种电润湿显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述制备方法得到的电润湿显示装置基板。