CN107390359A - 一种电润湿器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电润湿领域，公开了一种电润湿器件，包括上基板、下基板，上基板和下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，所述上基板包括上支撑板、第一电极、密封胶框、支撑柱，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层、像素墙。本发明还公开了电润湿器件的制备方法。本发明在上基板布置支撑柱结构，区别于其他电润湿器件在下基板布置支撑柱结构，上基板的支撑柱结构可以进行多种物理、化学的亲水改性，使其达到超亲水、超疏油的状态，从而大大减小支撑柱对油墨运动的影响。

Description

一种电润湿器件及其制备方法

技术领域

本发明属于电润湿领域，具体是一种电润湿器件及其制备方法。

背景技术

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和密封胶框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结构中可以看出，非极性液体5均匀地填充在由像素墙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，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。一般而言，玻璃是具有一定的柔韧性的，当玻璃越薄，尺寸越大时，玻璃的中间越容易发生如图2所示的弯曲，从而导致下层油墨与上板接触，而导致器件损坏。因此上下基板之间需要一定的支撑结构来避免这个问题。而对于柔性电润湿器件，支撑结构更是必要的。

目前LCD等显示工艺中常采用撒无机或有机颗粒到器件中起支撑作用，但是对于电润湿器件而言，颗粒支撑柱若撒到显示区域的油墨5中，则会影响显示效果，因此不建议采用。电润湿器件中，有专利提出在封装完成后通过曝光的方法进行原位聚合形成聚合物的支撑柱，但是这样一来在进行原位聚合前器件的所有封装工艺必须在黄光条件下完成，并且亲疏水性不能再进行进一步的改进。也有专利在像素墙的交叉点上通过二次光刻的方法制备光刻胶的支撑柱，但是光刻胶材料限制了支撑柱的亲疏水性，此方法的支撑柱同样不能再进行进一步的亲疏水改性，而疏水性的支撑柱会吸引油墨，因此支撑柱需要有非常高的亲水性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能减小支撑柱对油墨运动影响的电润湿器件。

本发明的另一目的是提供该电润湿器件的制备方法。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种电润湿器件，包括上基板和下基板，上、下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，所述上基板包括上支撑板、第一电极、支撑柱、密封胶框，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层、像素墙。

进一步地，所述支撑柱位于像素墙的上方。

进一步地，所述支撑柱与像素墙接触。

进一步地，所述支撑柱的设置方式选自以下三种之一：每个像素的交叉点对应一个支撑柱，一个像素格的像素墙对应若干个支撑柱，若干个像素格对应一个支撑柱。

进一步地，所述支撑柱经过亲水改性。

进一步地，所述支撑柱为圆柱状或多边形柱状结构。

进一步地，所述封装液体为极性电解质溶液和非极性溶液。

一种制备上述的电润湿器件的方法，包括以下步骤：

S1、在下支撑板制备第二电极，将疏水绝缘层涂布于第二电极表面，进而在疏水绝缘层表面制备像素墙结构；

S2、在上支撑板制备第一电极，在第一电极表面制备支撑柱，进而贴密封胶框；

S3、填充封装液体，然后将上基板与下基板贴合封装。

进一步地，所述支撑柱在封装贴合之前通过物理方法和/或化学方法进行超亲水处理，所述物理方法为氧等离子体蚀刻或UV/O₃处理，所述化学方法是在支撑柱表面通过化学反应或表面活性剂的单分子层自组装修饰亲水基团。

进一步地，所述支撑柱通过以下步骤制备：将支撑柱材料涂布在第一电极的表面，通过物理刻蚀或者光刻的方法形成支撑柱。

本发明具有以下有益效果：

本发明在上基板封装前布置支撑柱结构，区别于其他电润湿器件在下基板或者封装后布置支撑柱结构，上基板的支撑柱结构在封装前可以进行多种物理、化学的亲水改性，使其达到超亲水、超疏油的状态，从而大大减小支撑柱对油墨运动的影响。

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

同时，经过超亲水处理后的支撑柱结构因不与油墨有相互作用，当其颜色透明时，即使其处于油墨的上方，支撑柱对器件的光学性能也不会有影响。

支撑柱的材料可选用同像素墙一样的光刻胶材料如SU-8等，或者其他任何的光刻胶材料。通过光刻的形式制备支撑结构可以准确的控制支撑结构的形状、高度、位置、数量等，并且光刻的工艺比较成熟，不需要重新购置仪器，适合任何的显示器工艺。

附图说明

图1是传统电润湿显示器件的基本结构；

图2是传统电润湿显示器件的弯曲状态；

图3是本发明其中一种电润湿显示器件结构示意图；

图4是本发明另一种电润湿显示器件结构示意图；

图5是支撑柱与像素墙的对应关系示意图；

图6是下基板的制备过程示意图；

图7是上基板的制备过程示意图；

图8是显影并后烘后得到的上基板上的支撑柱结构实物图；

图9是上下基板贴合过程示意图；

图10是支撑柱与像素墙对应的电润湿器件实物图；

图11是支撑柱与油墨对应的电润湿器件实物图。

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。

图3为本实施例的具有支撑柱结构的电润湿显示器件结构示意图，主要结构由上基板、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溶液4和非极性溶液5组成。上基板由上支撑板1、第一电极2、密封胶框3、支撑柱12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组成。

其中支撑柱12通过物理刻蚀或者光刻直接形成在上基板2上，支撑柱结构12的形状为圆柱状或多边形柱状结构。支撑柱结构12与下基板对准的时候，在优选方案中，支撑柱结构12位于像素墙6的上方，当支撑柱结构12处于超亲水状态时，也可以位于油墨上方，即对其位置没有要求。为尽量减少器件的变形，在优选方案中，支撑柱结构12正好与像素墙6接触，即如图4所示。

因支撑柱位于上基板、透明，并且对油墨运动无影响，因此其分布可以根据基板的柔性程度和器件尺寸进行选择，比如对于非常柔性的聚合物基板，支撑柱结构可以如图5a所示，每个像素的交叉点对应一个支撑柱；也可以如图5b所示，一个像素格的像素墙对应若干个支撑柱；而对于柔性不是很高的玻璃基板、金属基板等，则可以若干个像素格对应一个支撑柱，如图5c所示。

以下介绍制备本实施例的电润湿器件的工艺过程：

S1、在下支撑板7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，在此不再赘述。

S2、将疏水绝缘层9的溶液通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝印、柔印等方法涂布在第二电极8表面，并进行热固化处理。

S3、如图6所示，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。然后，对光刻胶层6’进行前烘处理，前烘的温度、时间与光刻胶6’的材料性质有关。接着，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。接着，对光刻胶材料6’进行显影，得到图案化的像素墙结构。最后，进行高温回流处理，恢复疏水绝缘层表面的疏水性。

S4、如图7所示，在上支撑板1制备第一电极2，显示器件中的导电层的制备方法已经标准化，在此不再赘述。

S5、如图7所示，将支撑柱材料12’均匀的涂布在第一电极2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。

支撑柱材料可以是非常亲水的无机材料，通过涂布并物理刻蚀形成支撑柱的图案；也可以采用光刻胶材料通过光刻的方法布置，光刻胶材料不限于正性光刻胶或负性光刻胶，对其亲水性、工艺温度等都没有要求，但是需要形成的支撑柱结构有一定的机械强度和稳定性。

当支撑柱是无机材料时，常具备非常高的亲水性，如SiO₂、TiO₂等，图案化常采用物理刻蚀的方法。具体为：首先对涂布的支撑柱材料12’进行前烘处理，前烘的温度、时间与支撑柱材料12’的材料性质有关。进而，在支撑柱材料12’表面通过光刻工艺布置图案化的光刻胶层作为物理刻蚀的保护层；或者采用金属掩膜版盖住支撑柱区域。通过等离子体蚀刻将没有被保护的支撑柱层刻蚀完全，刻蚀的时间与支撑柱材料12’层厚度有关，得到柱形的支撑柱结构。

当支撑柱材料12’采用负性光刻胶时，首先，对支撑柱材料12’进行前烘处理，前烘的温度、时间与支撑柱材料12’的材料性质有关。成膜后将第二掩膜版14放置在下基板上方并与其对位。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，与支撑柱的形状和位置相对应，部分平行紫外光可穿过第二掩膜版14照射到光支撑柱材料12’上对其曝光固化。根据基板材料的不同选择第二掩膜版14的光透过区域，即支撑柱结构12’的分布，越柔性的基板对应的支撑柱结构12’的分布越密集，相反，越不易弯曲的基板需要的支撑柱结构12’的分布可以比较疏散。根据支撑柱材料12’的性质选择对其进行曝光后的烘烤。最后，对支撑柱材料12’进行显影及后烘坚膜，得到支撑柱结构，如图8所示。

S6、在优选方案中，将得到的图案化的支撑柱材料12’进行超亲水处理，处理方法可以为物理方法16和/或化学方法，物理方法16如UV/O₃处理10min，在空气中，水滴在支撑柱材料12”表面接触角大约为10度，超亲水；在水中，油墨在支撑柱材料12”表面的接触角大约为160度，超疏油。

物理方法16还可以是氧等离子体蚀刻，使用100W及以上的高功率，刻蚀时间为20s以上，得到油墨在支撑柱材料12”表面不粘，即油墨与支撑柱材料12”接触后再抬高时油墨与支撑柱材料12”完全分开，支撑柱结构12”与油墨接触时油墨不会留在支撑柱结构12”上。

由于选取透明的支撑柱材料12’，即使支撑柱的位置与油墨对应的时候，因其不会与油墨相互作用，同时透明，因此不会对器件的光学性能产生影响。

化学方法根据支撑柱材料12’的不同而选择相应的反应在其表面修饰亲水基团。常用的亲水基团包括：羧基、羟基、硫酸基、氨基等；常用的反应包括取代反应、加成反应等。因此支撑柱材料12’含有易取代基团或者双键等可加成基团时，可以考虑采用化学反应修饰的方法修饰上亲水基团。

化学方法还包括表面活性剂的单分子层自组装(SAM)的方法。表面活性剂是同时具有亲水基团和疏水基团的分子，因此单分子层的表面活性剂疏水端与有机的支撑柱结构12’接触，而亲水基团朝外，从而使得支撑柱结构12’具有亲水性。但是，当支撑柱结构12’本身较为亲水时，表面活性剂分子的亲水基团会优先与其接触，从而使得疏水基团朝外，起到相反效果。因此，此方法使用于较为亲水的支撑柱材料。

S7、支撑柱结构制备完成后，在上基板表面贴密封胶框。

S8、如图9所示，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框、支撑柱结构和第一电极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10所示，支撑柱结构位于像素墙上方，左图为没有施加电压，右图为施加电压后，油墨的运动不受影响。

当支撑柱结构处于超亲水状态时，如图11所示，支撑柱结构位于油墨上方，左图为没有施加电压，右图为施加电压后，油墨的运动不受影响。

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 (10)

1.一种电润湿器件，包括上基板和下基板，上、下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，其特征在于，所述上基板包括上支撑板、第一电极、支撑柱、密封胶框，所述下基板包括下支撑板、第二电极、疏水绝缘层、像素墙。

2.根据权利要求1所述的电润湿器件，其特征在于，所述支撑柱位于像素墙的上方。

3.根据权利要求2所述的电润湿器件，其特征在于，所述支撑柱与像素墙接触。

4.根据权利要求2或3所述的电润湿器件，其特征在于，所述支撑柱的设置方式选自以下三种之一：每个像素的交叉点对应一个支撑柱，一个像素格的像素墙对应若干个支撑柱，若干个像素格对应一个支撑柱。

5.根据权利要求1所述的电润湿器件，其特征在于，所述支撑柱经过亲水改性。

6.根据权利要求1、2、5任意一项所述的电润湿器件，其特征在于，所述支撑柱为圆柱状或多边形柱状结构。

7.根据权利要求1、2、5任意一项所所述的电润湿器件，其特征在于，所述封装液体为极性电解质溶液和非极性溶液。

8.一种制备权利要求1、2、5任意一项所述的电润湿器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在下支撑板制备第二电极，将疏水绝缘层涂布于第二电极表面，进而在疏水绝缘层表面制备像素墙结构；

S2、在上支撑板制备第一电极，在第一电极表面制备支撑柱，进而贴密封胶框；

S3、填充封装液体，然后将上基板与下基板贴合封装。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述支撑柱在封装贴合之前通过物理方法和/或化学方法进行超亲水处理，所述物理方法为氧等离子体蚀刻或UV/O₃处理，所述化学方法是在支撑柱表面通过化学反应或表面活性剂的单分子层自组装修饰亲水基团。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述支撑柱通过以下步骤制备：将支撑柱材料涂布在第一电极的表面，通过物理刻蚀或者光刻的方法形成支撑柱。