CN107092088A - 一种双稳态电润湿基板结构及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双稳态电润湿基板结构，包括下基板，下基板包括基板和依次设置于所述基板上的导电层、疏水绝缘层和围成像素格阵列的像素墙结构，各个像素格的导电层包括第一电极区、第二电极区和设置于两者之间的无电极区，疏水绝缘层上对应各个无电极区的位置设有不连续亲水围堰，将每个像素格分成对应第一电极区、第二电极区的第一区域和第二区域；还公开了一种双稳态电润湿显示装置，包括双稳态电润湿基板结构。本发明中一种双稳态电润湿基板结构及显示装置，在无电场作用时，油墨由于围堰的亲水性能和油墨表面张力的作用，使得油墨难以通过不连续亲水围堰流到另一电极区域，被局域化在某一电极区域，双稳态效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电润湿显示领域，尤其是一种双稳态电润湿基板结构及显示装置。
背景技术
电润湿显示器是通过改变向显示单元上施加的电压，进而改变显示器件内部的功能疏水材料的亲疏水性能，从而驱动期间内流体的相对运动，达到显示的效果。现有电润湿显示装置中，当加电时，油墨缩于一角，装置显示为基板和第二流体颜色(水或盐溶液)；当电压撤掉时，油墨铺展开，装置显示第一流体的颜色(油墨)。油墨缩于一角的状态，像素的上下电极必须有电压施加，所以此系统是单稳态显示系统。
由此出现了如专利申请号为201610494895.8的专利申请，其中，该专利提供一种带弧形间隔条带的电润湿基板结构，可实现撤除电压后，像素保持稳态特性，但其隔离条带是由等离子刻蚀对疏水材料进行局域化改性，或者磁控溅射亲水材料的工艺制成。其缺点在于：
1、对于像素格尺度的局域化表面改性或者局域化溅射亲水材料存在困难，难以实现；
2、亲水条带高度低(或无高度)，当油墨被驱动于像素格一角的区域时，高度相对较高，低高度(或无高度)的亲水条带难以将油墨局域于较小区域；
3.局域化对疏水材料进行改性，其亲水程度受到限制，等离子体刻蚀难以将疏水材料改性至所需要的疏水程度。
美国辛辛那提大学提出一种双层立体通道电润湿显示结构，虽然可以克服上述专利文件所存在的缺点，但其制造工艺非常复杂，生产困难，难以实现大规模生产。(S.Yang,K.Zhou,E.Kreit and J.Heikenfeld,Applied Physics Letters,2010,97,143501)
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种双稳态效果好的双稳态电润湿基板结构及显示装置。
本发明所采用的技术方案是：一种双稳态电润湿基板结构，包括下基板，所述下基板包括基板和依次设置于所述基板上的导电层、疏水绝缘层和围成像素格阵列的像素墙结构，所述各个像素格的导电层包括第一电极区、第二电极区和设置于两者之间的无电极区，所述疏水绝缘层上对应各个无电极区的位置设有不连续亲水围堰，将每个像素格分成对应第一电极区、第二电极区的第一区域和第二区域。
进一步地，所述不连续亲水围堰设有不少于一个的间隙。
进一步地，所述无电极区的边缘形状包括弧形、曲线形、直线形或折线形。
进一步地，在竖直方向上，所述不连续亲水围堰与无电极区的重合面积至少为无电极区的80％。
进一步地，所述每个第一电极区的面积不大于每个像素格面积的三分之一。
进一步地，所述亲水围堰的材料与像素墙的材料相同。
进一步地，所述亲水围堰的高度为200nm～50um。
进一步地，所述亲水围堰的宽度为1um～50um。
进一步地，所述间隙的宽度小于30um。
本发明所采用的另一技术方案是：一种双稳态电润湿显示装置，包括所述的双稳态电润湿基板结构。
本发明的有益效果是：本发明中一种双稳态电润湿基板结构及显示装置，通过第一电极区、第二电极区和设置在两者之间的无电极区以及位置对应无电极区的不连续亲水围堰，既保证了在电场作用时，油墨可在两个电极区之间运动，又保证了在无电场作用时，油墨由于围堰的亲水性能和油墨表面张力的作用，使得油墨难以通过不连续亲水围堰流到另一电极区域，被局域化在某一电极区域，实现像素在开和关两种状态都不需要持续的外加电场，仅需要在两种状态切换时施加电场，克服了背景技术中的专利申请文件201610494895.8的不足，双稳态效果好。
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是本发明中一种双稳态电润湿显示装置的结构框图；
图2是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的截面图；
图3是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的一具体实施例俯视图；
图4是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的另一具体实施例俯视图；
图5是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素开启状态截面图；
图6是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素开启状态俯视图；
图7是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素关闭状态截面图；
图8是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素关闭状态俯视图。
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。
一种双稳态电润湿显示装置，参考图1，图1是本发明中一种双稳态电润湿显示装置的结构框图，显示装置包括双稳态电润湿基板结构。显示装置可以是反射型、透射型或透射反射型的。显示装置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。显示装置可以是有源阵列驱动显示型的，或者是无源驱动显示装置。多个像元可以是单色的。对于彩色显示装置，像元可以分组，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。
参考图2和图3，图2是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的截面图，图3是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的一具体实施例俯视图，该显示装置包括多个像元1，在图2和图3中展示了其中的一个。像元1的横向范围在图2中的两条虚线2、3表示，像元1的横截面可以具有任意形状；当像元1以阵列形式排列时，横截面通常是正方形或长方形。双稳态电润湿基板结构包括上基板和下基板，上基板包括基板4和公共电极层5，下基板包括基板6和依次设置于基板上的导电层7、疏水绝缘层11和围成像素格阵列的像素墙结构18(即像素壁12)，各个像素格的导电层包括第一电极区9、第二电极区10和设置于两者之间的无电极区8，疏水绝缘层11上对应各个无电极区8的位置设有不连续亲水围堰13，将每个像素格分成对应第一电极区9、第二电极区10的第一区域16和第二区域17。
参考图2和图3，图2是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的截面图，图3是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的一具体实施例俯视图，基板4和基板6可以是分别对应每个像元的分离的部件，优选地，本发明中，这些基板是被多个像元共有。基板可以为玻璃或聚合物基板，并且可以是刚性的或柔性的。基板4和基板6之间的空间中充满两种流体：第一流体15和第二流体14。第二流体14与第一流体15不混溶。第二流体15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14是透明的，也可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。第一流体15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15吸收至少一部分光谱，第一流体15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15可以通过添加颜料微粒或染料被染色。可选地，第一流体15可以是黑色，即充分地吸收光谱的所有部分，或者反射，则第一流体15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。另外，第一流体15被沿着像元1横截面的像素壁12(即图3中的18)限制于一个像元。像素壁12可以从基板4向基板6完全延伸；也可以如图2所示从基板6向基板4部分地延伸。
因此，本发明的双稳态电润湿基板结构及显示装置，通过第一电极区、第二电极区和设置在两者之间的无电极区以及位置对应无电极区的不连续亲水围堰，既保证了在电场作用时，油墨(第一流体)可在两个电极区之间运动，又保证了在无电场作用时，油墨由于围堰的亲水性能和油墨表面张力的作用，使得油墨难以通过不连续亲水围堰流到另一电极区域，被局域化在某一电极区域，实现像素在开和关两种状态都不需要持续的外加电场，仅需要在两种状态切换时施加电场，克服了背景技术中的专利申请文件201610494895.8的不足，双稳态效果好。
参考图2和图3，图2是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的截面图，图3是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的一具体实施例俯视图，基板6上面覆盖电极层7，每一个像素格内的电极层分为第一电极区9和第二电极区10。本实施例中，图2中8为第二电极区10和第一电极区9之间的部分的无电极区域，完整的无电极区如图3中的弧形区域所示。导电层7的第一电极区9和第二电极区10通过疏水绝缘层11与流体分离；第一电极区9和第二电极区10之间以及邻近像元的电极被非导电层(即无电极区8)分离。第一电极区9和第二电极区10可以是任何期望的形状或形式，但要保证每个第一电极区9的面积(即第一区域16)不大于每个像素格面积的三分之一，以保证显示器件有较高的对比度。电极层7上方为疏水绝缘层11。疏水绝缘层11可以是透明的或反射的，为避免在第二流体14以及布置在疏水绝缘层11下的电极(导电层7)之间的短路，优选地，疏水绝缘层11是在多个像元1上延伸的连续层，如图2中所示。优选地，疏水绝缘层11的厚度少于2微米，更优选地，少于1微米。疏水绝缘层11可以为一层材料，既具有疏水性又具有绝缘性,例如疏水层可以是DuPont公司提供的诸如AF1600x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，疏水绝缘层11的厚度在200nm和2000nm之间。疏水绝缘层11也可为电介质层和疏水层的组合，电介质层可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。由于第一流体15具有比第二流体14高的相对于疏水绝缘层11的表面润湿性，润湿性涉及流体对固体表面的相对亲和性；疏水绝缘层11的表面的疏水特性，使得第一流体15优先粘附至疏水绝缘层11。
作为技术方案的进一步改进，无电极区的边缘形状包括弧形、曲线形、直线形或折线形，也可以为其他形状。在竖直方向上，即俯视像素格时，不连续亲水围堰与无电极区的重合面积至少为无电极区的80％；具体地，不连续亲水围堰与无电极区可以重合，不连续亲水围堰与无电极区的重合面积为无电极区，即重合面积占无电极区的100％；或者无电极区位于不连续亲水围堰的区域里面,不连续亲水围堰的区域大于无电极区域，此时，不连续亲水围堰与无电极区的重合面积也为无电极区；第三种情况，不连续亲水围堰小于无电极区或者不连续亲水围堰与无电极区部分重合，此时，不连续亲水围堰与无电极区的重合面积需要保证至少为无电极区的80％。参考图3和图4，图3是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的一具体实施例俯视图，示意的是无电极区的边缘形状为弧形的情况，而且不连续亲水围堰小于无电极区，不连续亲水围堰的边缘形状也为弧形；图4是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的另一具体实施例俯视图，示意的是无电极区的边缘形状为直线形的情况，而且不连续亲水围堰与无电极区完全重合，不连续亲水围堰的边缘形状也为直线形。另外，本发明中不连续亲水围堰设有不少于一个的间隙，作为第一流体(油墨)的运动路径。如图3中，弧形亲水围堰包括19、21和22这3个间隙，图4中，直线形亲水围堰中24为间隙，20、22和23为围堰区域，进一步地，亲水围堰的高度为200nm～50um；亲水围堰的宽度为1um～50um；间隙的宽度小于30um，以保证油墨在表面张力的作用下，在无电场作用时被局域化于两个电极区域之一。进一步地，亲水围堰的材料与像素墙的材料相同，可以采用光刻胶作为像素墙和亲水围堰的材料，也可以为其他比疏水绝缘层更亲水的材料，其覆盖在第一电极区和第二电极区之间的无电极区之上，其范围与无电极区相同，或比无电极区略大一些，或者略小一些。如果为光刻胶材料，则可以用同一光刻步骤完成。则通过本发明，不仅实现了电润湿显示的双稳态显示；并且，由于亲水围堰和像素墙可以为同一光刻步骤完成，没有增加原有的工艺步骤。
以弧形亲水围堰为例，参考图5、图6、图7和图8，图5是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素开启状态截面图，图6是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素开启状态俯视图，图7是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素关闭状态截面图，图8是本发明中一种双稳态电润湿基板结构的像素关闭状态俯视图，当对第二电极区10施加电压时，第二电极区10内的第一流体15会通过围堰段之间的间隙被挤压至第一电极区9内(如图5的截面图和图6的俯视图所示)，即第一区域16。由于围堰段为亲水疏油性能以及第一流体15的液体表面张力作用，当去掉电压时，液体被锁定在第一区域16内，此时第一区域16呈现油墨颜色，而第二区域17呈现透明或者基板颜色，基板颜色可为白色；此时，像素整体显示为第二区域17的基板颜色，像素呈打开状态。
当对第一电极区9施加电压时，第一流体15(油墨)由于电场的驱动，第一区域16内的第一流体15会通过围堰之间的间隙被挤压至第二区域17内(如图7和图8)，当去掉电场时，由于油墨表面张力作用，以及亲水围堰的阻挡，难以通过亲水围堰的较小空隙回到第一电极区9，即油墨停留在第二区域17。此时第二区域17呈现油墨颜色，而第一区域16呈现透明或者基板颜色，像素整体显示为第二区域17的油墨颜色，像素呈关闭状态。
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 (10)
1.一种双稳态电润湿基板结构，包括下基板，其特征在于，所述下基板包括基板和依次设置于所述基板上的导电层、疏水绝缘层和围成像素格阵列的像素墙结构，所述各个像素格的导电层包括第一电极区、第二电极区和设置于两者之间的无电极区，所述疏水绝缘层上对应各个无电极区的位置设有不连续亲水围堰，将每个像素格分成对应第一电极区、第二电极区的第一区域和第二区域。
2.根据权利要求1所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述不连续亲水围堰设有不少于一个的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述无电极区的边缘形状包括弧形、曲线形、直线形或折线形。
4.根据权利要求3所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，在竖直方向上，所述不连续亲水围堰与无电极区的重合面积至少为无电极区的80％。
5.根据权利要求4所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述每个第一电极区的面积不大于每个像素格面积的三分之一。
6.根据权利要求5所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述亲水围堰的材料与像素墙的材料相同。
7.根据权利要求6所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述亲水围堰的高度为200nm～50um。
8.根据权利要求7所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述亲水围堰的宽度为1um～50um。
9.根据权利要求2所述的双稳态电润湿基板结构，其特征在于，所述间隙的宽度小于30um。
10.一种双稳态电润湿显示装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的双稳态电润湿基板结构。
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