CN106773017B - 一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备，填充方法是首先在空气中向像素格内填充非极性溶液；再在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液将填充的非极性溶液立刻覆盖，在空气中直接填充非极性溶液与在极性溶液中填充非极性溶液相比，其填充均匀度更好，其操作和控制更为容易。该方法极性溶液和非极性溶液的填充容易，且不会有气泡残留，且填充效率高。填充设备包括设于具有像素格结构的下基板上的围堰和采用内部具有注液通道的刮刀，采用刮刀向像素格内填充非极性溶液，刮刀与围堰在刮刀一侧形成一四周密封的填充空间，向该填充空间灌注极性溶液，极性溶液对填充的非极性溶液进行瞬时覆盖。

Description

一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备

技术领域

本发明涉及电润湿显示技术领域，具体涉及一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备。

背景技术

所谓润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。液体在固体表面能铺展，固液接触面有扩大的趋势，即液体对固体表面的附着力大于其内聚力，就是润湿。液体在固体表面不能铺展，接触面有收缩成球形的趋势，就是不润湿，不润湿就是液体对固体表面的附着力小于其内聚力。电润湿显示器件就是利用电润湿原理通过施加电压来改变电解质溶液在疏水绝缘层表面的润湿性从而带动另外一种非极性溶剂的收缩和铺展状态来实现显示的效果。电润湿显示技术最早由Robert A. Hayes等人发明并于2003年将其发表在Nature上。

如图1所示，电润湿器件的基本结构由上下两个基板以及两个基板相对形成的密封腔中填充的两种不互溶的极性溶液4和非极性溶液5组成，下基板包含结构有下支撑板9、第一电极8、疏水绝缘层(或在表面涂覆疏水材料的绝缘层)7、像素墙6。上基板包含结构有上支撑板1、第二电极2、密封胶3。像素墙6之间的区域为显示区域，像素墙6材料的疏水性低于疏水绝缘层7的疏水性，并且像素墙6对于极性溶液4和非极性溶液5在其表面的润湿性不同，极性溶液4在像素墙6表面的润湿性更好，这样就可以控制非极性溶液5填充在每个像素格内并且由于像素墙6的亲水性将每个像素中的非极性溶液5隔断开。

由于电润湿显示器件中存在着极性溶液4和非极性溶液5两种液体，并且两种液体不互溶。这一特殊结构造成了液晶显示器的真空灌注方法和ODF均不适用于电润湿器件的液体材料填充。目前电润湿显示器件的主要填充方法有Liquavista分液填充法、辛辛那提大学的竖直浸入式填充法等。

Liquavista分液填充法是在极性电解质溶液环境下进行非极性溶液的填充，将做好像素结构的下基板置于极性电解质溶液环境下，非极性溶液的填充使用一种具有分液结构的设备，该设备的主要部分是一个凹槽，凹槽的顶端连接有注气通道和注液通道，具体结构类似于狭缝涂布，该设备由硬质的有机玻璃材料制的，该设备凹槽的开口面向基板，凹槽长度视显示面板的宽度而定，凹槽宽度一般为0.1-0.2mm。非极性溶液填充时将该设备置于极性电解质溶液环境下并保持与下基板间距在100 μm。填充前先通过注气口注入空气到凹槽形成稳定的气泡，并且气泡与下基板相接触。然后通过注液通道注入非极性液体到凹槽内，非极性溶液沿气泡边缘分布。然后控制该分液设备往复运动来实现非极性溶液的填充。Liquavista分液填充法是通过调节凹槽内气泡和非极性溶液的比例来实现均匀的填充。此方法的填充关键在于凹槽内气泡移动过程中将像素格内残留气泡带走的同时非极性溶液填充代替气泡的位置填充到像素格内。因此气泡和非极性溶液在凹槽内的连续性和均匀性对于器件的填充起着至关重要的作用，如果凹槽内气泡不完整，就会造成部分像素格内残余气泡无法去除因而非极性溶液无法填充进去。如果凹槽内非极性溶液分布不完整，就会造成像素格内气泡被去除的同时极性电解质溶液取代气泡位置而造成像素格失效。因此此方法只能针对于小尺寸电润湿显示器件。除此之外，分液器的最佳运动速度为1μm/s，填充速度慢，难易批量生产。且Liquavista自组装填充法需要精确的控制油墨的量，否则会因为填充中油墨量的不同造成显示器件不同区域的油墨填充不均匀性，同时需在电解质溶液中维持稳定的气体-油墨界面，工艺难度较高。

辛辛那提大学竖直浸入法是将极性电解质溶液装入一个合适的容器中，容器尺寸和极性电解质溶液高度要足够整个基板完全浸入。然后加入非极性溶液在极性电解质溶液上形成相当于几个像素大小厚度的非极性溶液层，将下基板竖直固定在浸涂机上，以0.5mm/s的速度将下基板竖直插入容器中，基于疏水绝缘层的憎水性非极性溶液会平铺在像素底部形成均匀的非极性溶液层。当下基板穿过容器中的非极性溶液层时由于像素墙是亲水性的，会阻断非极性溶液在基板上的连续性，从而形成一个一个填充了非极性溶液的像素点。辛辛那提大学垂直浸入法，该方法因为要在容器中形成一层厚度固定的油墨膜，因此油墨的需求量较大并且油墨量的控制需要很精确，同时由于油墨溶剂的挥发性，无法保证油墨的浓度在填充过程中的一致性，难以准确控制油墨在像素结构中的填充量，同时该方法填充速度在0.5mm/s，填充速度较慢。

上述常见电湿润显示器件的填充方法全部要求在电解质溶液中进行，填充刀头等部件制造工艺比较复杂，需在一种电解质溶液中稳定空气-油墨两相界面，难以精确稳定的控制。而且这些现有电湿润显示器件在填充时主要面临以下问题：填充速度慢、均匀性差、浪费油墨多、填充要求在电解质溶液环境中进行填充，受电解液液面波动影响，操作困难，不利于大量生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备。

本发明所采取的技术方案是：

一种电润湿显示器件的填充方法，包括以下步骤：

S1：在空气中向电润湿显示器件下基板上的像素格内填充非极性溶液；

S2：在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液将填充的非极性溶液立刻覆盖。

在一些优选的实施方式中，所述S1是在空气中采用内部设有注液通道的刮刀沿像素格的纵向向一列列像素格内填充非极性溶液，所述刮刀沿像素格的横向移动，完成各列像素格内的非极性溶液的填充。

在一些进一步优选的实施方式中，所述S2是向刮刀的已填充完非极性溶液的一侧填充极性溶液，在刮刀的移动过程中，极性溶液会将填充的非极性溶液立刻覆盖。

在一些进一步优选的实施方式中，控制已填充完非极性溶液的一侧的极性溶液的液面高度保持稳定。

本发明还提供了一种实现如上所述的电润湿显示器件的填充方法的填充设备，包括围堰和设于围堰内的刮刀，所述刮刀的内部设有注液通道，所述刮刀可沿一方向来回移动，在移动过程中所述刮刀的两端与围堰相对的两个内侧壁形成动态密封，在刮刀的一侧形成一四周密封的填充区域。

在一些具体的实施方式中，所述刮刀的底部向上凹形成一储油槽，所述储油槽与注液通道相通，所述储油槽沿所述刮刀的长度方向延伸。

在另一些具体的实施方式中，所述注液通道延伸至所述刮刀的底部。

在另一些具体的实施方式中，所述刮刀的底部设有多个微型打印头，所述微型打印头与注液通道相通。

在一些具体的实施方式中，所述刮刀的两端设有密封条，所述密封条与所述围堰的内侧壁接触，所述密封条的底部与所述围堰的底部齐平。

在另一些具体的实施方式中，在所述围堰相对的两个内侧壁上设有长条状密封条，所述长条状密封条的底部与所述围堰齐平，在所述刮刀移动过程中，所述刮刀的两端保持与所述长条状密封条接触。

在另一些具体的实施方式中，在所述围堰相对的两个内侧壁上涂覆有不溶于水的密封材料，在所述刮刀移动过程中，所述刮刀的两端保持与所述密封材料接触。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种干湿分离的电润湿显示器件的填充方法和填充设备，首先在空气中向电润湿显示器件下基板上的像素格内填充非极性溶液；再在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液将填充的非极性溶液立刻覆盖，通过大量实验发现，在空气中直接填充非极性溶液与在极性溶液中填充非极性溶液相比，其填充均匀度更好，其操作和控制更为容易。Liquavista分液填充法需要通过控制气泡和非极性溶液的比例来实现均匀填充，填充速度低，并且极易有残留气泡残留在像素格内造成器件坏点的产生。而本发明中的非极性溶液的填充直接发生在空气环境中，而极性溶液极从已填充非极性溶液的像素格一侧填充，很容易填充并且不会有气泡残留。本发明的填充方法填充速度可达6cm/s，填充效率高，适合电润湿显示器件的产业化生产。辛辛那提大学竖直填充法和Liquavista自组装填充法均需要大量极性电解质溶液，如果采用离子液体作为极性电解质溶液，损耗率过高，填充成本较高，而采用本发明所述填充方法极性电解质溶液消耗量大大减少，可以使得采用价格较高的离子液体作为极性电解质溶液的电润湿显示器件的成本降低，使得离子液体用于电润湿显示器件成为可能。本发明还提供了一种用于实现该方法的填充设备，将围堰设于具有像素格结构的下基板上，采用内部具有注液通道的刮刀向像素格内填充非极性溶液，刮刀与围堰在刮刀一侧形成一四周密封的填充空间，向该填充空间灌注极性溶液，极性溶液对填充的非极性溶液进行瞬时覆盖。

附图说明

图1为电润湿显示器件的截面图。

图2为电润湿显示器件的填充过程示意图。

图3为填充过程中电润湿显示器件的俯视图。

图4为实施例1中刮刀的主视图。

图5为实施例1中刮刀的左视图。

图6为实施例2中刮刀的主视图。

图7为实施例2中刮刀的左视图。

图8为实施例3中刮刀的局部的主视图。

具体实施方式

实施例1：

参照图2，图2为电润湿显示器件的填充过程示意图，本发明提供了一种电润湿显示器件的填充方法，包括以下步骤：在空气中向电润湿显示器件下基板上的像素格内填充非极性溶液；在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液将填充的非极性溶液立刻覆盖。在优选的实施方式中，在空气中采用内部设有注液通道11的刮刀10沿像素格的纵向地向一列列像素格内填充非极性溶液5，如图2b所示，所述刮刀10沿像素格的横向移动，控制所述刮刀10匀速运动，速度范围为0.5-0.6cm/s，保持所述刮刀10内的注液通道11向像素格内填充非极性溶液5的速度均匀一致。完成各列像素格内的非极性溶液5的填充；向刮刀10的已填充完非极性溶液5的一侧填充极性溶液4，在刮刀10的移动过程中，极性溶液4会将填充的非极性溶液5立刻覆盖，通过控制极性溶液4的灌注速度，根据刮刀10的移动速度调控，保证已填充完非极性溶液5的一侧的极性溶液4的液面高度保持一致，采用这种填充方式，通过控制极性溶液4的灌注速度和刮刀10的移动速度，能够很容易地控制极性溶液4的液面稳定，能够很好地避免极性溶液4的液面波动造成的非极性溶液5填充不均匀现象。

传统的填充方法极易受到极性极性溶液的振动而造成不同像素格内的非极性溶液填充不均匀，同时传统填充方法在填充过程中液面上的以及三相界面线上的非极性溶液体积很难精确控制，也会造成不同区域的非极性溶液填充不均匀。而本发明中的非极性溶液的体积可通过填充刀头精确控制，因此填充区域内的非极性溶液厚度均匀。相对于传统的填充方法，非极性溶液填充到像素格内完全通过疏水绝缘层对于非极性溶液的吸附性，因此像素格内的非极性溶液的厚度很大程度取决于疏水绝缘层的性质，因此厚度不可调。但是本发明中的非极性溶液的填充厚度可以根据填充间距和涂布速度实现一定范围内的厚度可控性。

从图2中还可以看到，本发明还提供了一种实现上述的电润湿显示器件的填充方法的填充设备，包括围堰15和设于围堰15内的刮刀10，所述刮刀10的内部设有注液通道11，所述刮刀10可沿一方向来回移动，在移动过程中所述刮刀10的两端与围堰15相对的两个内侧壁形成动态密封，在刮刀10的一侧形成一四周密封的填充区域。将所述围堰15置于具有像素墙6的下支撑板9上，所述围堰15可以是四周密封的一个围堰，也可以是一侧开口其余方向密封的围堰。在本实施例中，下支撑板9置于工作平台17上，所述围堰15是四周密封的方形围堰，所述围堰15围在所述像素墙6的外围，在本实施例中，所述围堰15与所述下支撑板9接触面上设有连通或断续的真空沟槽16，工作平台17上有真空吸附装置18，通过抽真空将所述围堰15吸附在所述下支撑板9上面，实现所述围堰15的底部与所述下支撑板9之间的密封，在其他的实施方式中，也可以是通过压力装置将所述围堰15压在所述下支撑板9上的，也可以通过密封胶将所述围堰15粘合固定在所述下支撑板9上。所述刮刀10的两端始终保持与所述围堰15相对的两个内侧壁形成动态密封，即可在刮刀10前进方向的反侧形成一四周密封的填充区域，即如图2中所示在刮刀10的左侧形成一四周密封的填充区域，控制所述刮刀10与所述像素墙6顶部直接的间距，在填充非极性溶液5的过程中，所述刮刀10与所述围堰15在刮刀10前进方向的反侧形成一密封的填充空间。在向像素格内填充非极性溶液5的同时，采用极性溶液添加装置13向该填充空间填充极性溶液4，在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液4将填充的非极性溶液5立刻覆盖。

从图2a、2b、2c可以看到，随着刮刀10沿着移动方向19不断右移，须控制左侧的填充区域内极性溶液4的液面保持一致，避免极性溶液4的液面波动影响非极性溶液5的填充，以保证非极性溶液5的均匀填充。参照图2c，可看到在完成了非极性溶液5和极性溶液4的填充后，可以将带有密封胶3的上支撑板1以一定角度置入极性溶液4中，进行上下基板的对位贴合，完成了电润湿显示器件的封装过程。如果所述围堰15为四周密封的围堰，可以在完成非极性溶液5和极性溶液4的填充后，抬起所述刮刀10进行上下基板的封装，如果所述围堰15为一侧开口其余方向密封的围堰，可以仍然保持所述刮刀10与所述围堰15形成一个密闭的填充空间，直接在所述刮刀10的左侧进行上下基板的封装。

参照图3，图3为填充过程中电润湿显示器件的俯视图，可以看到所述围堰15为四周密封的方形围堰，所述围堰15围在所述像素墙6的外围，所述刮刀10的两端与围堰15相对的两个内侧壁形成动态密封，在刮刀10的一侧形成一四周密封的填充区域。所述刮刀10沿移动方向19移动，即沿像素格的横向移动，在空气中沿像素格的纵向地向一列列像素格内填充非极性溶液5。

参照图4，图4为实施例1中刮刀的主视图，所述刮刀10的底部向上凹形成一储油槽12，所述储油槽12与注液通道11相通，所述储油槽12沿所述刮刀10的长度方向延伸，所述储油槽12的长度取决于所述下支撑板9的显示区域宽度。所述刮刀10可由硬质有机玻璃、聚碳酸酯等有机材料或铝合金、不锈钢材料等金属材料制成。所述刮刀10的两端镶嵌有密封条21，所述密封条21与所述围堰15的内侧壁接触，所述密封条21与所述围堰15的内侧壁的距离为0，所述密封条21的底部与所述围堰15的底部齐平。所述密封条21的顶部不能低于填充过程中极性溶液4的高度。所述密封条21的材质可选聚氨酯橡胶或硅橡胶等。密封条21的横截面形状可为方形的或圆柱形的，具有相同功能的密封条均可。

参照图5，图5为实施例1中刮刀的左视图，所述储油槽12的横截面可为矩形或弧形等等，通过注液通道11将非极性溶液5注入到储油槽12内并填充满储油槽12，所述非极性溶液5在所述储油槽12内部铺展，储油槽12内的非极性溶液5与像素墙6相接触，刮刀10底部与像素墙6顶端的填充间距14可控制在10-300 μm。

实施例2：

参照图6-7，本实施例中还提供了一种电润湿显示器件的填充设备，与实施例1基本相同，不同之处在于：在所述围堰15相对的两个内侧壁上设有长条状密封条22，所述长条状密封条22的底部与所述围堰15齐平，所述长条状密封条22的顶部不能低于填充过程中极性溶液4的高度。在所述刮刀10移动过程中，所述刮刀10的两端保持与所述长条状密封条22接触，因此长条状密封条22与刮刀10左右两侧的间距为零。长条状密封条22的横截面形状可为方形或圆弧形以及其他多边形，刮刀10的左右两侧需处理成可与其横截面形状完全契合的结构。所述长条状密封条22贯穿整个所述围堰15的内侧壁的长度方向。长条状密封条22的材料可选聚氨酯橡胶、硅橡胶等。所述刮刀10内部仅设有注液通道11，所述注液通道11贯穿所述刮刀10的底部，所述注液通道11沿所述刮刀10的长度方向延伸。刮刀10与像素墙6顶端的填充间距控制在10-100 μm内。

实施例3：

参照图8，本实施例中还提供了一种电润湿显示器件的填充设备，与实施例1基本相同，不同之处在于：所述刮刀10的底部设有多个微型打印头23，所述微型打印头23与注液通道相通，图中未示出注液通道。每个像素格可对应多个微型打印头23，通过程序控制可将非极性溶液5直接填充在像素格内，微型打印头23与像素墙6顶端的填充间距可控制在10-75 μm。这种由阵列式微型打印头23组成的刮刀10可以根据需求填充不同颜色的非极性溶液5到像素格内，从而实现全彩色显示。在所述围堰15相对的两个内侧壁上涂覆有不溶于水的密封材料，在所述刮刀10移动过程中，所述刮刀10的两端保持与所述密封材料接触。所述密封材料可为凡士林或密封硅脂等高粘度密封材料。

Claims (7)

1.一种实现电润湿显示器件的填充方法的填充设备，其特征在于，

包括围堰和设于围堰内的刮刀，所述刮刀的内部设有注液通道，所述刮刀可沿一方向来回移动，在移动过程中所述刮刀的两端与围堰相对的两个内侧壁形成动态密封，在刮刀的一侧形成一四周密封的填充区域；

所述填充方法包括以下步骤：

S1：在空气中向电润湿显示器件下基板上的像素格内填充非极性溶液；

S2：在向像素格内填充完非极性溶液后，填充极性溶液将填充的非极性溶液立刻覆盖；

所述S1是在空气中采用内部设有注液通道的刮刀沿像素格的纵向向一列列像素格内填充非极性溶液，所述刮刀沿像素格的横向移动，完成各列像素格内的非极性溶液的填充；

所述S2是向刮刀的已填充完非极性溶液的一侧填充极性溶液，在刮刀的移动过程中，极性溶液会将填充的非极性溶液立刻覆盖。

2.根据权利要求1所述的填充设备，其特征在于，控制已填充完非极性溶液的一侧的极性溶液的液面高度保持稳定。

3.根据权利要求1所述的填充设备，其特征在于，所述刮刀的底部向上凹形成一储油槽，所述储油槽与注液通道相通，所述储油槽沿所述刮刀的长度方向延伸。

4.根据权利要求1所述的填充设备，其特征在于，所述刮刀的底部设有多个微型打印头，所述微型打印头与注液通道相通。

5.根据权利要求1-4任一项所述的填充设备，其特征在于，所述刮刀的两端设有密封条，所述密封条与所述围堰的内侧壁接触，所述密封条的底部与所述围堰的底部齐平。

6.根据权利要求1-4任一项所述的填充设备，其特征在于，在所述围堰相对的两个内侧壁上设有长条状密封条，所述长条状密封条的底部与所述围堰齐平，在所述刮刀移动过程中，所述刮刀的两端保持与所述长条状密封条接触。

7.根据权利要求1-4任一项所述的填充设备，其特征在于，在所述围堰相对的两个内侧壁上涂覆有不溶于水的密封材料，在所述刮刀移动过程中，所述刮刀的两端保持与所述密封材料接触。

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