CN106932894A - 一种控制油墨移动的电润湿显示器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电润湿显示器件技术领域，公开了一种控制油墨移动的电润湿显示器及其制备方法，显示器件包括上基板和下基板，所述上基板包括上支撑板、第一电极、密封胶，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层和像素墙，所述像素墙上设有控油柱。本发明还公开了该电润湿显示器的制备方法。本发明在像素墙上布置控油柱，为油墨的移动提供了可靠的控制方式，此控油柱在油墨打开的过程中因对油墨的亲和力及对水的排斥作用，使得柱周围的四个像素格中的油墨向柱的位置聚集，实现加压下油墨的定向移动，即油墨的移动方向可控。同时，因加压过程中油墨向柱上的聚集，使得像素格中油墨量减少，即像素格开口率增大。

Description

一种控制油墨移动的电润湿显示器及其制备方法

技术领域

本发明涉及电润湿显示器件技术领域，尤其涉及一种控制油墨移动的电润湿显示器及其制备方法。

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（Electrowetting，EW）是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。

电润湿显示器件的基本结构如图1所示，由上下两个基板以及两个基板对向形成的密封腔中填充的两种不互溶的极性电解质液体4和非极性液体5组成，其中上基板由上支撑板1、第一电极2和密封胶3组成，下基板由下支撑板7、第二电极8、疏水绝缘层9和像素墙6组成。从图1结构可以看出，非极性液体5均匀的填充在由像素墙6围成的像素格内，由于像素墙6材料具有亲水性，因此相邻的非极性溶液5被像素墙6隔断。像素墙6和非极性溶液5上方被极性电解质溶液4覆盖，其中极性电解质溶液4在电润湿器件中是连续相并没有像非极性溶液5被分隔开，同时极性电解质溶液4与第一电极2相导通。当施加一个电压在第一电极2和第二电极8之间时，极性电解质溶液4在疏水绝缘层9表面上的润湿性发生变化，由疏水状态变为亲水状态极性电解质溶液4润湿疏水绝缘层9表面，非极性溶液5被推挤到像素格内一角，实现打开状态。当撤掉电压时候，极性电解质溶液4恢复在疏水绝缘层9表面的疏水性，非极性溶液5重新铺展，实现关闭过程。因像素格内的四个角是一样的，理论上油墨可以向任何一个角移动，导致油墨最终聚集的位置不一样，影响显示的均匀性。因此，需要人为控制油墨的移动方向，以形成均一的打开形态，得到更为均匀的显示效果。

CN 105425385A公开了一种控制油墨运动的电润湿显示器及其制备方法，但是需要多次用到干法刻蚀，并准备额外的干法刻蚀的仪器，并且其中一步是在光刻胶显影前进行的，需要在黄光区中干法刻蚀。CN 105445927A公开了一种油墨运动可控的电润湿显示器及其制备方法，但是两层绝缘层的对准在实际中是比较困难的，或者需要更复杂的工艺步骤来实现，而且此方法亲水性绝缘层上很难有油墨，降低了油墨填充后的实际宽度，必然降低显示效果（主要是对比度）。

目前，为解决油墨移动不可控的问题，常用的方法是引进notch结构，即在像素格的一个角的位置设置notch，多为90度扇形的被刻蚀掉的ITO区域。但是这样的结构存在以下问题：1）notch为被刻蚀掉的扇形ITO电极结构，边缘很难做平整，多为锯齿状，加压时易在此处击穿；2）影响疏水绝缘层在此处的涂布均匀性；3）notch尺寸不够的时候，控制油墨移动的效率不高，但notch尺寸比较大的时候，影响油墨打开的程度，即损失开口率。因此，需要寻找一种更稳定的控制油墨的方法，同时希望可以提高开口率。

发明内容

本发明的目的是提供一种使油墨移动方向可控、提高像素格开口率的电润湿显示器。

本发明的另一目的是提供该电润湿显示器的制备方法。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种控制油墨移动的电润湿显示器，包括上基板和下基板，所述上基板包括上支撑板、第一电极、密封胶，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层和像素墙，所述像素墙上设有控油柱。

进一步地，所述控油柱位于像素墙的交叉点。

进一步地，所述控油柱位于每个像素墙交叉点或相邻像素墙交叉点。

进一步地，所述控油柱高1~100μm。

进一步地，所述控油柱的水滴接触角比像素墙的水滴接触角大5~150度。

进一步地，所述控油柱为圆柱状或多边形柱状结构。

进一步地，所述电润湿显示器还包括极性电解质液体和非极性液体。

一种上述的电润湿显示器的制备方法，包括以下步骤：

A1、在疏水绝缘层的表面涂布第一光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，然后显影，得到像素墙；

B1、在像素墙上涂布第二光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，然后显影，得到控油柱；

C1、恢复疏水绝缘层表面的疏水性。

一种上述的电润湿显示器的制备方法，包括以下步骤：

A2、在疏水绝缘层的表面涂布第一光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，得到像素膜层；

B2、在像素墙上涂布第二光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，得到控油柱膜层；

C2、对像素墙膜层和控油柱膜层显影，得到像素墙和控油柱，恢复疏水绝缘层表面的疏水性。

本发明具有以下有益效果：

本发明在像素墙上（优选交叉点）布置控油柱，为油墨的移动提供了可靠的控制方式，该方法只需要在像素墙布置过程中或者像素墙布置完成后加一步光刻的过程即可完成，最终实现在像素墙上布置一定高度的柱形结构，以作为控油柱。此控油柱在油墨打开的过程中因对油墨的亲和力及对水的排斥作用，使得柱周围的四个像素格中的油墨向柱的位置聚集，实现加压下油墨的定向移动，即油墨的移动方向可控。同时，因加压过程中油墨向柱上的聚集，使得像素格中油墨量减少，即像素格开口率增大。

本发明的优点在于通过两次光刻的方式来制备电润湿显示器的控油柱，控油柱的材料可选用同像素墙一样的光刻胶材料，如SU-8等，更优选择性质相近但比像素墙更疏水的光刻胶材料。如此，控油柱材料的兼容性可与电润湿器的材料体系相匹配。通过光刻的形式制备控油柱可以准确的控制其所在位置，避免了喷洒微球或微棒自身的堆积以及微球微棒与非极性溶液相接触所造成的问题。

同时与紫外聚合材料制备隔垫物的方法相比较，本发明不会将其他材料带入极性电解质溶液或非极性溶液中，就不会造成对这两种功能性溶液的污染。同时与该方法相比较，本发明的实现过程更加容易并且可控。

本发明中的控油柱位置和数量可以通过第二掩膜版的预设图形来控制，因此可以针对不同尺寸和不同类型的器件来设计不同的控油柱的密度和布局，并且该方法可适用于柔性电润湿器的制备。

本发明的电润湿显示器可以降低打开电压，同样的显示器没有控油柱结构时，打开电压一般在20V左右，当布置上控油柱结构后打开电压可以降至12V左右，这是因为控油柱结构对油墨有吸引作用，导致油膜的中间变薄，更易破裂。

相比传统notch结构，本发明的优势还有：

控油柱结构是在电极层、疏水绝缘层、像素墙层布置好后才设置的，故不对已经设置好的这三层产生影响，尤其是电极层和疏水绝缘层，不存在notch积累电荷的作用，不会产生额外的击穿。

notch结构是在ITO表面刻蚀出来的，因此存在高度差，在其表面涂布疏水绝缘层的时候影响疏水绝缘层涂布的均匀性，即notch区域的疏水绝缘层比其他区域略厚一点，厚度的差异与涂布方法及notch的尺寸有关，而控油柱是在疏水绝缘层设置好以后增加的，故不会对疏水绝缘层的设置产生影响。

专利CN 104570326A通过在封装贴合区域的像素墙表面设置一层疏水性较好的贴合材料，既避免了跳墨，也保证了封装的密封性。其与本发明的区别是：CN 104570326A的疏水材料布置在胶框贴合区域的像素墙上，也就是在显示区域之外，本发明是在显示区域像素墙的交叉处布置控油柱；而且CN 104570326A仅仅是涂一层疏水膜，本发明是设置疏水性的柱形结构。

附图说明

图1是传统电润湿显示器的结构示意图；

图2是本发明电润湿显示器的结构示意图；

图3是本发明电润湿显示器的一种打开方式；

图4是本发明电润湿显示器的另一种打开方式；

图5是控油柱的一种布置方式；

图6是控油柱的另一种布置方式；

图7是本发明电润湿显示器的一种制备方法；

图8是本发明电润湿显示器的另一种制备方法；

图9是本发明电润湿显示器下基板的结构示意图；

图10是控油柱布置方式的实物图；

图11是电润湿显示器的CV特性曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

图2为本发明的具有控油柱结构的电润湿显示器结构示意图，主要结构由上下基板以及两个基板对向形成的密封腔中填充的两种不互溶的极性电解质液体4和非极性液体5组成。上基板由上支撑板1、第一电极2和密封胶3组成，下基板由下支撑板7、第二电极8、疏水绝缘层9、像素墙6和控油柱12组成。

其中控油柱12通过二次光刻的形式直接形成在像素墙6的上方，控油柱12的形状为圆柱状或多边形柱状结构。

像素墙由于围成封闭的空间来容纳第一流体，故纵、横像素墙会交叉，形成交叉点，这里所述的交叉点其实是一个区域。

控油柱12坐落在像素墙6的交叉点上或像素墙6的其他位置，优选坐落在像素墙6的交叉位置，因为交叉点处的控油柱12更容易吸引毗邻的像素格中的油墨，从而控制油墨的移动方向。

如果选择临近交叉点的位置，也有控制油墨移动方向的作用，但是增大开口率的效果会差一些。

控油柱不与第一电极2接触，起到控制油墨移动方向的作用。控油柱12不会对极性电解质溶液4的连通性产生影响，因此极性电解质溶液4在新结构中仍是连续相。需要说明的是，像素墙6材料通常为亲水性的，控油柱12则要求同像素墙6表面润湿性有一定的差异性，即控油柱12要求比像素墙6更疏水，控油柱的水滴接触角比像素墙的水滴接触角大5~100度，优选大5~70度。控油柱本身的水滴接触角优选为50~130度，更优为70~100度。

图3与图4为在新型电润湿器中油墨的打开方式，根据控油柱的高度与油墨厚度的关系给出了两种示意图。由图中可知，加压油墨移动到柱顶部的边缘。图3中控油柱的高度不是很高，这是为了方便油墨填充，油墨均匀性比较好，但是对油墨运动的控制效果可能会差一些。图4中控油柱的高度比较高，油墨填充的时候容易堆积在附近，油墨填充均匀性会差一些，但是对油墨运动的控制会强一些。加压时油墨上升的高度更高，因此开口率可以更高，打开电压也更低。

控油柱的位置有两种方式可以选择：一种为控油柱布置在每个像素墙的交叉点处，如图5a所示，此时加压油膜从像素格中间开始破裂，油墨向柱的位置移动，如图5b所示。控油柱还可以布置在相邻的像素墙交叉点处，如图6a所示，加压时，柱周围的四个像素格形成一个显示单元，柱周围四个像素格中的油墨均向柱的位置移动，如图6b所示。

控油柱的高度优选为1~100μm，更优为5~50μm。用到柔性显示器中时跟柔性显示器的柔性程度以及显示器需要的弯曲程度有关，一般要求10~100μm，更优为50~80μm。对于一般的显示器，高度选择10~100μm，优选为30~60μm，30μm是考虑到油墨打开时不与上极板接触，60μm是为了降低整体器件的厚度。

实施例2

电润湿显示器的制备有以下两种方法

方法一，如图7所示：

A1、显示器件中的导电层的制备方法已经标准化，因此这里关于上下基板中的第一电极2和第二电极8的制备方法这里不再赘述。

B1、将疏水绝缘层9的溶液通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝印、柔印等方法涂布在带有第二电极8的下支撑板7表面，并进行热固化处理。

C1、将光刻胶材料6’均匀的涂布在疏水绝缘层9的表面，涂布方法可选用旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等方法。

在涂布之前，为了更好的让光刻胶材料能够在疏水绝缘层9表面成膜并提高在其表面的粘附力，利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层9表面进行改性，降低表面的疏水性，提高光刻胶材料6’在其表面的润湿性。

可以对光刻胶层6’进行前烘处理，前烘的温度与时间与光刻胶6’的材料性质有关。

将第一掩膜版13放置在下基板上方并与其对位，通过平行紫外线15对第一掩膜版13进行照射，第一掩膜版13上有预先设计好的图形，部分平行紫外光可穿过第一掩膜版13照射到光刻胶材料6’上对其曝光固化。根据光刻胶材料6’的性质选择对其进行曝光后的烘烤。

对光刻胶材料6’进行显影，得到图案化的像素墙结构。

D1、在图案化的像素墙结构上涂布第二层光刻胶材料12’，涂布方法可选用旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等方法。

可以对光刻胶层12’进行前烘处理，前烘的温度与时间与光刻胶12’的材料性质有关。

然后放置第二掩膜版14在下基板上方并进行对位，通过平行紫外线15对第二掩膜版14进行照射，第二掩膜版14上有预先设计好的图形，部分平行紫外光可穿过第二掩膜版14照射到光刻胶材料12’上对其曝光固化。由于第二掩膜版的预设定图案均在像素墙6相邻交叉点上方，因此要求像素墙材料6’选择负性光刻胶，或者其他显影成型后不再受曝光影响的材料，而柱材料12’可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶，上述工艺步骤是以负性的光刻胶材料12’为例。

根据光刻胶材料12’的性质选择对其进行曝光后的烘烤。

E1、曝光结束后，对控油柱膜层进行显影，得到如图9所示的下基板结构和图10a所示的控油柱相邻排列的实物图。然后将下基板放入高温环境下使疏水绝缘层9达到玻璃化温度恢复疏水绝缘层9表面的疏水性。本方法不要求第一光刻胶与第二光刻胶的显影液为同一种显影液，因此这种方法两种材料的选择范围比较宽。

F1、最后在极性电解质溶液4环境下将非极性溶液5填充在像素格内并将带有密封胶3和第一电极2的上基板与下基板进行对位压合，完成电润湿器件的制备过程。

方法二，如图8所示：

A1、显示器件中的导电层的制备方法已经标准化，因此这里关于上下基板中的第一电极2和第二电极8的制备方法这里不再赘述。

B1、将疏水绝缘层9的溶液通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝印、柔印等方法涂布在带有第二电极8的下支撑板7表面，并进行热固化处理。

C2、将光刻胶材料6’均匀的涂布在疏水绝缘层9的表面，涂布方法可选用旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等方法。

在涂布之前，为了更好的让光刻胶材料能够在疏水绝缘层9表面成膜并提高在其表面的粘附力，利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层9表面进行改性，降低表面的疏水性，提高光刻胶材料6’在其表面的润湿性。

可以对光刻胶层6’进行前烘处理，前烘的温度与时间与光刻胶6’的材料性质有关。

成膜后将第一掩膜版13放置在下基板上方并与其对位，通过平行紫外线15对第一掩膜版13进行照射，第一掩膜版13上有预先设计好的图形，部分平行紫外光可穿过第一掩膜版13照射到光刻胶材料6’上对其曝光固化。根据光刻胶材料6’的性质选择对其进行曝光后的烘烤。

D2、涂布第二层光刻胶材料12’，涂布方法可选用旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等方法。

可以对光刻胶层12’进行前烘处理，前烘的温度与时间与光刻胶12’的材料性质有关。

然后放置第二掩膜版14在下基板上方并进行对位，通过平行紫外线15对第二掩膜版14进行照射，第二掩膜版14上有预先设计好的图形，部分平行紫外光可穿过第二掩膜版14照射到光刻胶材料12’上对其曝光固化。由于第二掩膜版的预设定图案均在像素墙6间隔交叉点上方，因此控油柱结构的曝光过程不会对像素墙6非曝光区域产生影响，为保证此效果，像素墙材料6’与控油柱材料12’均选择负性光刻胶。

根据光刻胶材料12’的性质选择对其进行曝光后的烘烤。

E2、曝光结束后，用其共同的显影液（如有机溶剂、KOH、NaOH、TMAH等）对像素墙膜层和控油柱膜层进行显影，得到像素墙6和控油柱12，如图9所示的下基板结构和图10b所示的控油柱间隔排列的实物图。

然后将下基板放入高温环境下使疏水绝缘层9达到玻璃化温度恢复疏水绝缘层9表面的疏水性。要求第一光刻胶与第二光刻胶的显影液为同一种显影液，且显影时间差异不大。同时要求第二光刻胶烘烤时间对第一光刻胶影响不大，即第二光刻胶烘烤后第一光刻胶仍然可以显影完全。因此这种方法两种材料的选择范围比较窄。

F2、最后在极性电解质溶液4环境下将非极性溶液5填充在像素格内并将带有密封胶3和第一电极2的上基板与下基板进行对位压合，完成电润湿器件的制备过程。

如图11所示，曲线1为实施例1电润湿显示器的CV特性曲线，打开电压为12V，曲线2为没有控油柱结构的电润湿显示器的CV特性曲线，打开电压为20V，所以本发明的电润湿显示器能显著降低打开电压。另外，由图11也可以看出，使用控油柱的方法，油滴打开时的CV曲线的变化比较平缓，更有利于控制显示的灰度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种控制油墨移动的电润湿显示器，包括上基板和下基板，所述上基板包括上支撑板、第一电极、密封胶，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层和像素墙，其特征在于，所述像素墙上设有控油柱。

2.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述控油柱位于像素墙的交叉点。

3.根据权利要求2所述的电润湿显示器，其特征在于，所述控油柱位于每个像素墙交叉点或相邻像素墙交叉点。

4.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述控油柱高1~100μm。

5.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述控油柱的水滴接触角比像素墙的水滴接触角大5~150度。

6.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述控油柱为圆柱状或多边形柱状结构。

7.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述电润湿显示器还包括极性电解质液体和非极性液体。

8.一种权利要求1所述的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、在疏水绝缘层的表面涂布第一光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，然后显影，得到像素墙；

B1、在像素墙上涂布第二光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，然后显影，得到控油柱；

C1、恢复疏水绝缘层表面的疏水性。

9.一种权利要求1所述的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A2、在疏水绝缘层的表面涂布第一光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，得到像素膜层；

B2、在像素墙上涂布第二光刻胶材料，通过紫外光曝光固化，得到控油柱膜层；

C2、对像素墙膜层和控油柱膜层显影，得到像素墙和控油柱，恢复疏水绝缘层表面的疏水性。