CN107305286B - 一种具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法，是先取隔垫材料，黄光下热固化，研磨，得到隔垫微球，再将隔垫微球洒在涂布的像素墙材料上，再固化像素墙材料，然后一次光刻同时制备像素墙和隔垫物，洒在未光刻固化区域的隔垫微球，会在显影过程中去除，仅留下光刻固化区域的微球的部分结构，当所述上基板和/或所述下基板发生形变时，所述隔垫物与所述上基板接触，能够有效防止电润湿器件的内部塌陷；因为隔垫物是由微球经光刻得到，隔垫物不会对极性电解质溶液的连通性产生影响；因为像素墙和隔垫物是一步光刻得到，相比通过两次光刻制备隔垫物，不存在因为两次光刻对位所带来的误差链，精度更高，而且工艺更简单，操作难度更低。

Description

一种具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电润湿技术领域，具体涉及一种具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法。

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。

如图1所示，电润湿显示器件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9’、第二电极8’、疏水绝缘层7’和像素墙6’组成。从图1结构中我们可以看出，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7’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7’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’恢复在疏水绝缘层表面的疏水性，非极性溶液5’重新铺展，实现关闭过程。以像素大小为150μm×150μm为例，电润湿显示器件中像素墙高度为6μm，非极性溶液5’的厚度为5.5-6.6μm，密封胶3的厚度为40μm，因此极性电解质溶液4的厚度也为40μm左右。当施加电压时，非极性溶液5’收缩，高度变为25μm。因此上基板的第一电极2’距离非极性液体5’的距离在15-40μm，由于受到外界大气压力的作用，如下图2所示，上下基板中心容易发生变形造成第一电极2’与非极性溶液5’接触，造成非极性溶液5’堆积10’到第一电极2’表面或非极性溶液5’翻越11’像素墙6’造成非极性溶液在下基板上的堆积，从而造成整个显示器件的失效。因此对于电润湿显示器件亟需一种可以实现对上下基板进行支撑从而解决由于上下基板弯曲变形造成的油墨翻墙或堆积的问题，进而可以实现电润湿显示器件的柔性化。

目前对于这种成盒的显示器件基本都存在上下基板变形造成中间塌陷的风险，如液晶显示面板在制备过程中为了实现高品质的显示效果，需要准确的控制液晶层的厚度才能实现整体液晶层的良好光调节作用，因此就需要添加隔垫物来进行上下基板间距的支撑。例如液晶显示面板中用来作为隔垫物的微球或微棒，微球或微棒被添加在液晶显示面板的上下基板之间，通过微球或微棒的尺寸来实现对上下基板的支撑。但是对于这种通过添加微球或微棒的方法来实现对上下基板支撑的方法并不适用于电润湿显示器件，因为微球或微棒极易掉落到像素格内与非极性溶液5’接触造成非极性溶液5’的堆积或翻越像素墙6’。除此之外，通过把几种紫外光聚合的高分子聚合物和引发剂一起混合在液晶里，再通过紫外光照射的方式形成隔垫物也是液晶显示面板中用来支撑上下基板的方式。这种通过紫外固化方式来制备隔垫物的方法在理论上也可适用于电润湿显示器件，但在实际操作过程中存在以下风险如：紫外光聚合材料或光引发剂能够与非极性溶液5’互溶或萃取非极性溶液5’中的彩色溶质；紫外光聚合材料或光引发剂在聚合过程中反应不充分有残留物质在极性电解质溶液4’中影响其导电性能和极性电解质溶液4’在加电状态下在疏水绝缘层7’上的润湿性；聚合过程中需要掩膜版来限定聚合物的位置，掩膜版的对位精度以及掩膜版的厚度和上支撑板1的厚度对紫外光的折射都会对聚合物实际形成的位置产生偏差，从而与非极性溶液5’形成接触。另外还有专利中提到通过二次光刻的方式在像素墙交叉十字处制备支撑柱的方式来解决器件中心塌陷的问题，对于这种成膜-光刻-再成膜-再光刻的制备工艺，对光刻设备有对位精度高的要求，同时由于需要两次对位，制备工艺比较复杂，并且第一次和第二次的对位误差叠加容易造成支撑柱位置偏移像素墙交叉十字，造成本方法的功能失效，并会带来影响彩色非极性溶液的填充和器件显示效果等其他问题。

目前电润湿显示器件为了解决器件中心塌陷问题可通过增高密封胶的厚度来部分解决，密封胶的厚度需要远大于上下基板的形变量，但是此方法对于大尺寸显示面板和采用超薄玻璃作为上下基板电润湿器件仍存在塌陷问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是能够防止器件塌陷的具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有隔垫物的电润湿器件，包括上基板和下基板，所述下基板包括像素墙，所述像素墙上表面设有多个隔垫物，所述隔垫物随机分散在所述像素墙上，所述隔垫物是由微球经光刻得到，当所述上基板和/或所述下基板发生形变时，所述隔垫物与所述上基板接触。

在一些优选的实施方式中，所述隔垫物是由和所述像素墙相同或同类型的材料制成的。

在一些优选的实施方式中，所述隔垫物和所述像素墙的材料均为负性光刻胶材料。

在一些优选的实施方式中，所述隔垫物的厚度等于所述像素墙的壁的厚度。

在一些优选的实施方式中，所述电润湿器件为电润湿显示器、电润湿光学开关或电润湿光学面板。

在一些优选的实施方式中，所述上基板和所述下基板为柔性基板。

本发明还提供了一种如上所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，包括以下步骤：

制备具有疏水绝缘层的下基板；

在所述疏水绝缘层上涂布一层像素墙材料；

取隔垫材料，黄光下热固化，研磨，得到隔垫微球；

将所述隔垫微球洒在所述像素墙材料表面，黄光下预固化所述像素墙材料，使所述隔垫微球与所述像素墙材料粘合在一起；

采用具有像素墙图案的掩模板对所述下基板进行光刻，显影，得到像素墙和形成于所述像素墙上的隔垫物。

在一些优选的实施方式中，所述隔垫微球的粒径为20-50μm。

在一些优选的实施方式中，将所述隔垫微球洒在所述像素墙材料表面是采用喷洒的工艺。

在一些优选的实施方式中，控制所述喷洒的密度为100-350颗/mm²。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种具有隔垫物的电润湿器件及其制备方法，是先取隔垫材料，黄光下热固化，研磨，得到隔垫微球，再将隔垫微球洒在涂布的像素墙材料上，再固化像素墙材料，然后一次光刻同时制备像素墙和隔垫物，洒在未光刻固化区域的隔垫微球，会在显影过程中去除，仅留下光刻固化区域的微球的部分结构，当所述上基板和/或所述下基板发生形变时，所述隔垫物与所述上基板接触，能够有效防止电润湿器件的内部塌陷；因为隔垫物是由微球经光刻得到，隔垫物不会对极性电解质溶液的连通性产生影响，极性电解质溶液在上基板或者下基板发生变形后，即使隔垫物接触上基板，极性电解质溶液仍然是连续相；因为像素墙和隔垫物是一步光刻得到，相比通过两次光刻制备隔垫物，不存在因为两次光刻对位所带来的误差链，精度更高，而且工艺更简单，操作难度更低，可操作性更强；而且隔垫物是在填充极性电解质溶液和非极性溶液之前制备成型，不会造成极性电解质溶液和非极性溶液的污染。本发明所述电润湿器件不仅是电润湿显示器件，也可以是电润湿光学面板，如电润湿智能窗等，而且还适用于柔性电润湿器件。

附图说明

图1为电润湿显示器件的截面图。

图2为电润湿显示器件在发生变形时的状态图。

图3为具有隔垫物的电润湿器件的截面图。

图4为隔垫物的制备流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明所述技术方案作进一步阐述。

实施例1：

本发明提供了一种具有隔垫物的电润湿器件，其截面图如图3所示，其包括上基板、下基板和将上基板和下基板封装的封装胶框3，所述上基板包括上支撑板1和第一电极2，所述下基板包括由下至上依次设置的下支撑板9、第二电极8、疏水绝缘层7和像素墙6，电润湿器件还包括非极性液体5和极性溶液4，所述非极性溶液5均匀填充在由像素墙6围成的多个像素格内，极性溶液4填充在上基板和下基板形成的密封腔内，所述像素墙6上表面设有多个隔垫物12，所述隔垫物12随机分散在所述像素墙6上，可以是在所述像素墙6的横壁或纵壁的上表面，也可以是在横壁和纵壁的交叉处，所述隔垫物12是由微球经光刻得到，期上表面是平滑的曲面，当所述上基板和/或所述下基板发生形变时，所述隔垫物12与所述上基板接触，能够有效防止电润湿器件的内部塌陷。所述隔垫物12的厚度等于所述像素墙6的壁的厚度，不会影响电润湿器件的显示性能。所述隔垫物12可以采用和所述像素墙6相同的材料或与像素墙6兼容性好的同类型的光刻胶材料制成的，所述隔垫物12和所述像素墙6可采用负性光刻胶材料制备。所述电润湿器件可以是电润湿显示器、电润湿光学开关或电润湿光学面板中的任一种。所述电润湿器件还可以是柔性器件，所述上基板和所述下基板可以为柔性基板。

如上所述的电润湿器件是采用如下方法制备得到，其中隔垫物的制备流程如图4所示，具体包括以下步骤：

(1)首先制备具有疏水绝缘层的下基板；首先在上支撑板1上制备第一电极2，在下支撑板9上制备第二电极8，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的具体制备方法这里不再赘述。

(2)在第二电极8上制备疏水绝缘层7：将疏水绝缘层7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9表面，并进行热固化处理。

(3)在所述疏水绝缘层7上涂布一层像素墙薄膜13：将像素墙材料均匀地涂布在疏水绝缘层7的表面，涂布方法可选用旋涂、刮涂、狭缝涂布等方法，像素墙材料选用负性光刻胶材料。在涂布之前，为了更好的让光刻胶材料能够在疏水绝缘层7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7表面进行改性，降低表面的疏水性，提高光刻胶材料在其表面的润湿性。光刻胶可选用SU-8系列或SUN系列等，本专利中光刻胶优选负性光刻胶。为了简化流程图，图4中只示出了像素墙薄膜13，没有示出上基板的其他结构，如上支撑板1、第一电极2、疏水绝缘层7。

(4)制备隔垫微球14：取上述像素墙材料的相同光刻胶或兼容性较好的同类型光刻胶，在黄光环境下进行热固化挥发掉光刻胶中的溶剂，加热硬化后用研磨机将硬化的光刻胶研磨成粉末状微球，即为隔垫微球14；按照不同器件的使用要求，通过不同的网筛筛选出不同尺寸的光刻胶微球14，例如本发明中选用直径20-50μm的隔垫微球。通过喷洒的形式将隔垫微球14按照100-350颗/mm²的密度喷洒到光刻胶薄膜13表面，然后将喷洒有隔垫微球14的下基板在黄光条件下，放在热板上进行预固化，使光刻胶薄膜13固化并与微球14牢固粘合在一起。本步骤中所有的步骤均需要在黄光环境下完成。

(5)光刻制备像素墙6和隔垫物12：采用具有像素墙6图案的掩模板对所述下基板进行光刻，对隔垫微球14和预固化的像素墙薄膜13进行光刻，如图4中所示，15为光刻胶固化区域。

(6)显影，得到像素墙6和隔垫物12：将下基板放在显影机中进行显影，喷洒在光刻胶固化区域的隔垫微球14经过显影后保留在像素墙6宽度范围内的部分结构，即隔垫物12，形成图4中12-a、12-b、12-c、12-d的结构，而喷洒在未光刻固化区域的隔垫微球16在显影过程中，此类微球就被显影去除。

(7)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。

Claims (9)

1.一种具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，所述具有隔垫物的电润湿器件，包括上基板和下基板，所述下基板包括像素墙，所述像素墙上表面设有多个隔垫物，所述隔垫物随机分散在所述像素墙上，所述隔垫物是由微球经光刻得到，当所述上基板和/或所述下基板发生形变时，所述隔垫物与所述上基板接触，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

制备具有疏水绝缘层的下基板；

在所述疏水绝缘层上涂布一层像素墙材料；

取隔垫材料，黄光下热固化，研磨，得到隔垫微球；

将所述隔垫微球洒在所述像素墙材料表面，黄光下预固化所述像素墙材料，使所述隔垫微球与所述像素墙材料粘合在一起；

采用具有像素墙图案的掩模板对所述下基板进行光刻，显影，得到像素墙和形成于所述像素墙上的隔垫物。

2.根据权利要求1所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述隔垫物是由和所述像素墙相同或同类型的材料制成的。

3.根据权利要求1所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述隔垫物和所述像素墙的材料均为负性光刻胶材料。

4.根据权利要求1所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述隔垫物的厚度等于所述像素墙的壁的厚度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述电润湿器件为电润湿显示器、电润湿光学开关或电润湿光学面板。

6.根据权利要求1-4任一项所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述上基板和所述下基板为柔性基板。

7.根据权利要求1-4任一项所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，所述隔垫微球的粒径为20-50μm。

8.根据权利要求1-4任一项所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，将所述隔垫微球洒在所述像素墙材料表面是采用喷洒的工艺。

9.根据权利要求8所述的具有隔垫物的电润湿器件的制备方法，其特征在于，控制所述喷洒的密度为100-350颗/mm²。

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