CN108572444B - 一种电润湿显示器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电润湿显示阵列基板，电润湿显示器件及其制备方法。本发明电润湿显示阵列基板包括下基板，下电极层，疏水层，像素墙，柱形结构，所述柱形结构位于所述像素格内且临近像素格角落设置。本发明通过在像素格中增设柱形结构，利用柱形结构和开口电极、绝缘层相互配合设置，通过控制不同区域的电场强度，从而控制油膜打开的位置，实现像素打开及油膜运动的一致性，从而改进了显示器的显示效果。

Description

一种电润湿显示器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种电润湿显示器件及其制备方法。

背景技术

传统的电润湿器件是采用如专利CN 102792207A等中描述的电润湿显示装置，参见图1，它包括上下两个支撑板，以及通过胶框9封装在其中的极性液体8和非极性液体7，所述非极性液体7通常为油墨，上支撑板包括上基板1和上电极层2，下支撑板包括依次设置的下基板3、下电极层4、疏水层5和设置在疏水层5上的像素墙6，像素墙围成最小的显示单元——像素格，像素格通常采用正方形的形状。参见图2和图3，其中图2为未施加电压时传统电润湿器件的像素格意图，图3为施加电压时传统电润湿器件的像素打开示意图。传统的电润湿显示器件工作时，一方面，由于缺乏对油墨的打开和移动的控制，油墨有可能向像素的任一角落移动，导致像素打开不均匀；另一方面，像素打开后油墨的高度通常可以增加至原本的5倍，远大于像素墙的高度，由于像素墙的亲水性不够或者形状不够尖锐，则油墨容易翻墙，进一步影响显示效果。目前，有研究者用尝试在电极中设置开口以控制油膜运动，但效果不佳。还有研究者采用物理或者化学方法对像素墙进行表面处理，比如在像素墙表面再涂一层亲水材料等，但该方法不仅增加额外的工艺，还容易带来新的问题。

发明内容

根为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电润湿显示阵列基板、器件及其制备方法，能够显著地提高像素打开后的油膜运动的一致性，提高油墨翻墙需要的电压，使油墨不易翻墙。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有柱形结构和电极开口的电润湿显示器件，包括下支撑板，设置在下支撑板上的下电极层，设置在下电极层上的疏水层，设置在疏水层上的像素墙，所述像素墙围成像素格，所述疏水层上还设置有柱形结构；所述柱形结构位于像素格内且临近像素格角落设置；所述下电极层上设有开口，开口位于柱形结构临近的像素格角落设置。柱形结构会影响像素中油膜厚度的分布，即设置有柱形结构的像素中的油膜厚度会有两个极小值，并且该极小值位于连接柱形结构所在角落的顶点和像素中心的对角线上。其中一个极小值位于柱形结构所在角落的顶点和柱形结构之间，另外一个极小值位于远离柱形结构所在角落的顶点和柱形结构之间。如果电极没有开口结构，当在上下电极之间施加一个电压差时，油膜可能在两个极小值所在的其中一个位置首先打开，这样油膜打开的一致性不好，并且会影响到油膜运动的一致性。如果电极设置有开口结构，当在上下电极之间施加一个电压差时，油膜电极开口区域的电场强度较低，油膜只能在远离电极开口和柱形结构的方向破裂，破裂后由于柱形结构的限定作用，油膜也只能向该角落聚集移动，这样在显示器的像素打开时，油膜运动具有一致性，能够得到很好的显示均匀性。同时，由于柱形结构限定作用，当像素打开时，需要很高的电压油膜才能够翻越像素墙到达相邻的像素，从而避免像素正常操作时翻墙现象的发生。如果像素中只有电极开口而没有柱形结构，当在上下电极之间施加一个电压差时，油膜会在像素的中心打开。由于缺乏柱形结构的限定作用，油膜会向不同的角落移动，这样显示的均匀性不好，并且容易发生油膜翻墙现象。

本发明还提供了一种具有柱形结构和绝缘层的电润湿显示器件，包括下支撑板，设置在下支撑板上的下电极层，设置在下电极层上的疏水层，设置在疏水层上的像素墙，所述像素墙围成像素格，所述疏水层上还设置有柱形结构；所述柱形结构位于像素格内且临近像素格角落设置；所述下电极层上设置有绝缘层，绝缘层的形状和位置由绝缘层的介电性能确定，并且绝缘层的形状和位置决定了靠近柱形结构的像素角落的电场强度较低，因此油膜不会从靠近柱形结构的角落首先打开。由于该绝缘层起到和开口电极相似的作用，因此该显示器件的工作原理与具有柱形结构和开口电极的显示器件的工作原理是一样的。

进一步地，阵列基板还包括多个柱形结构，所述多个柱形结构以临近像素格角落的顶点为圆心，半径为s呈圆弧状分布。

进一步地，柱形结构临近像素格角落的顶点和像素格中心的距离为r，其中s≤r，优选0.35r≤s≤0.70r。

进一步地，开口以临近像素格角落的顶点为圆心，半径为s1的圆弧结构，其中s1＜s，优选0.5s≤s1≤s。

进一步地，柱形结构高度为h1，像素墙的高度为h2，h1与h2的比值为0.2～2，优选h1与h2的比值为0.5～1.2。

更进一步地，柱形结构的高度h1为1～100μm，优选为2～50μm。

进一步地，柱形结构的材料与像素墙结构的材料相同，柱形结构的水滴接触角为50～90°，优选为50～70°；

进一步地，柱形结构的材料与像素墙结构的材料不同，柱形结构的水滴接触角为50～100°，优选为70～90°；

进一步地，柱形结构为圆柱或棱柱，棱柱优选为正棱柱。

本发明还提供一种电润湿显示器件，所述电润湿显示器件包括上述电润湿阵列基板。

本发明还提供一种上述的电润湿显示器件的制备方法，主要包括以下步骤：

1)提供下基板；

2)在下基板上制备电极层；

3)在电极层上制备疏水层；

4)通过光刻工艺，在疏水层上制备像素墙和柱形结构，柱形结构位于像素墙围成的像素格内，且临近像素格角落设置；

本发明在像素格中增设柱形结构，利用柱形结构和开口电极、绝缘层相互配合设置，通过控制不同区域的电场强度，从而控制油膜打开的位置，实现像素打开及油膜运动的一致性，从而改进了显示器的显示效果；同时，柱形结构还提高像素翻墙所需电压，避免油膜翻墙的问题，进一步改善显示器的显示效果。

附图说明

图1为传统的电润湿器件的结构示意图；

图2为未施加电压时传统电润湿器件的像素格意图；

图3为施加电压时传统电润湿器件的像素打开示意图；

图4为实施例1中电润湿显示器件的结构示意图；

图5为未施加电压时实施例1中电润湿显示器件的像素格意图；

图6为施加电压时实施例1中电润湿显示器件的像素打开示意图；

图7为实施例1中电润湿显示器件的制备流程图；

图8为第一掩模版12的俯视图；

图9为实施例2中电润湿显示器件的结构示意图；

图10为未施加电压时实施例2中电润湿显示器件的像素格示意图；

图11为施加电压时实施例2中电润湿显示器件的像素打开示意图；

图12为实施例2中电润湿显示器件的制备流程图；

图13为第二掩模版13的俯视图；

图14为第三掩模版14的俯视图。

附图标记：

1-上基板；2-上电极层；3-下基板；4-下电极层；5-疏水层；6-像素墙；7-非极性液体；8-极性液体；9-胶框；10-柱形结构；11-开口；12-第一掩模版；13-第二掩模版；14-第三掩模版；15-绝缘层；65-像素墙材料；66-负性光刻胶；遮光部分67；透光部分68。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图4，本实施例提供一种电润湿显示器件，包括上下两个支撑板，以及通过胶框9封装在其中的极性液体8和非极性液体7，所述非极性液体7通常为油墨，上支撑板包括上基板1和电极层2，下支撑板包括依次设置的下基板3、电极层4、疏水层5、设置在疏水层5上的像素墙6和柱形结构10；电极层4中设置有开口11，像素墙6围成像素格，柱形结构10位于像素格内。

所述柱形结构10的位置优选位于开口11临近的像素格角落区域，该区域由通过像素中心的水平和垂直对称线以及环绕开口结构的两条像素墙围成，占整个像素格区域的1/4。如果靠近开口11的像素格角落的顶点和像素格中心的距离为r，靠近开口11的像素格角落的顶点和柱形结构的距离为s，那么一般地有s≤r。更优的选择靠近开口11的角落，即0.35r≤s≤0.70r。这是因为当所述柱形结构10靠近开口11的像素格角落时，由于开口11附近区域的电场强度较低，油膜容易在远离开口11和柱形结构10电场强度较大的方向破裂，破裂后油膜开始向该角落聚集移动，这样在显示器的像素打开时，由于油膜运动具有一致性，能够得到很好的显示均匀性。

同时，由于柱形结构10的限定作用，当像素打开时，需要很高的电压油膜才能够翻越像素墙到达相邻的像素，从而避免像素正常操作时翻墙现象的发生。柱形结构可以是一个或者多个。在本实施例中使用的是一个柱形结构。在这种条件下，柱形结构优选地位于连接像素角落顶点和像素中心的线上。

参见图5，本实施例的电润湿显示器件在未施加电压时，油墨平铺在像素格中；参见图6，当施加电压时，油墨7向开口11所在的像素角落移动，但是油墨7被柱形结构10限定，从而不容易翻墙。

本实施例还提供一种制备上述电润湿显示器件的方法；参见图7，首先在下基板3上依次制备电极层4，刻蚀电极层4形成开口11，再涂敷疏水层5，然后采用一步光刻法在疏水层5上同时制备所述像素墙6和柱形结构10，使用此种方法制得的像素墙6的材料与柱形结构10的材料相同。

电极层4可以为任何导电材料，可以通过物理或化学沉积的方法在下基板3上制备。电极上的开口11通过光刻腐蚀的方法在电极层4上形成。开口11的形状一般为1/4圆弧形状，圆弧的端点位于相邻的两条像素墙上，圆心位于两条像素墙的交点，即临近像素格角落的顶点。基板上所有开口11都位于像素格的同一个角落，如图9-10所示，基板上的开口11均位于像素格左上角的角落。开口11区域内的导电材料在光刻腐蚀之后完全除去。随后在电极层4和开口11上涂敷疏水层5，疏水层5将填满开口11。

疏水层5可以包括一层或者多层绝缘材料。如果疏水层5包括多层材料，最上面的一层必须是疏水的绝缘材料。如果疏水层5只包括一层材料，该材料必须是疏水的绝缘材料。疏水层5材料可以通过丝网印刷、狭缝涂布、旋涂、辊涂、刮涂等方法制备。像素墙6和柱形结构10的材料可以为光刻胶，包括正性光刻胶和负性光刻胶，也可以为其他有机材料、无机材料或者有机无机杂合材料。

因光刻胶类材料图案化过程比较成熟，即传统的光刻工艺即可实现，本实施例以负性光刻胶材料为例进行说明，参见图7，在疏水层5上同时制备所述像素墙6和所述柱形结构10的步骤具体如下：采用丝网印刷、狭缝涂布、旋涂、辊涂、刮涂等工艺在疏水层5上涂覆像素墙材料65(同时为柱形结构材料)，所述像素墙材料65为SU-8光刻胶，在95℃烘烤1～15min，使用第一掩模版12对像素墙材料65进行曝光，所述第一掩模版12的俯视图如图8所示，所述第一掩模版12具有遮光部分67(灰色部分)和透光部分68(白色部分)，紫外线透过所述第一掩模版12的透光部分68照射到像素墙材料65的表面，采用

10～1000mJ/cm2的能量进行曝光。在95℃烘烤1～15min，然后使用有机显影液或碱性显影液进行显影光刻胶，得到图案化的像素墙6和柱形结构10。一般还会进行后烘坚膜处理，即采用较高的温度较长时间的烘烤，可以在热板上进行，也可以在烘箱中进行。采用一步光刻法得到的像素墙6与柱形结构10的高度一致，优选地高度为1～100μm，更优选地高度为2～50μm。采用一步光刻法在疏水层5上制备出的像素墙材料与柱形结构材料相同，具有一定的亲水性，当像素墙材料太疏水时，油墨容易发生翻墙，优选地两者材料的水滴接触角为50～90度，更优选地水滴接触角为50～70度。

本实施例的制备方法以一步光刻法为例进行说明，本发明也可以通过两步光刻的方法得到亲疏水性不同或者高度不同的像素墙6和柱形结构10。

本实施例的制备方法仅在每个像素单元内使用一个柱形结构，本发明也包括在一个像素单元内使用两个或者两个以上的柱形结构。柱形结构的形状也不限于本实施例中所示的圆形结构。

实施例2

参见图9，本实施例提供一种电润湿显示器件，包括上下两个支撑板，以及通过胶框9封装在其中的极性液体8和非极性液体7，所述非极性液体7通常为油墨，下支撑板包括依次设置的下基板3、电极层4及其上面的绝缘层15、疏水层5和设置在疏水层5上的像素墙6和柱形结构10，像素墙6围成像素格，所述柱形结构10位于像素格内，上支撑板包括上基板1和电极层2。

柱形结构10和绝缘层15由绝缘材料形成，优选使用不导电的光刻胶材料通过光刻的方法制备。光刻胶的材料可以和像素墙的光刻胶是同样的材料，也可以是不同的材料。柱形结构10的高度和像素墙可以一样，也可以不一样。柱形结构10的形状可以是圆柱或棱柱形。柱形结构10可以是一个，也可以是多个。一般地，绝缘层15的材料、厚度和形状的选择应该保证油膜在远离柱形结构10的区域首先打开，这样使得油膜在打开后能够均匀地向柱形结构所在的角落运动，保证像素打开后油膜运动的一致性，并且使柱形结构能够起到对聚集后的油膜的限定作用，避免翻墙现象的发生。

参见图10，本实施例的电润湿显示器件在未施加电压时，油墨7平铺在像素格中；参见图11，当施加电压时，油墨7向绝缘层15所在的角落移动，但是油墨7被柱形结构10限定，从而不容易翻墙。本实施例中，使用两个柱形结构10，这样能够更好地起到对油膜的限定作用和有保证油膜打开后的一致性。

本实施例还提供一种制备上述电润湿显示器件的方法，首先制备下支撑板：首先采用磁控溅射、蒸镀、气相沉积等方式在下基板3上设置电极层4，电极层4可以为ITO电极，也可以为铝或者铝与其他金属的合金，然后在所述电极层4上制备绝缘层15。

本实施例中绝缘层15使用光刻的方法制备。参见附图12，首先在电极层4上涂布负性光刻胶66并进行烘烤，涂布的方法可以但不限于旋涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等，烘烤的温度和时间可参考光刻胶公司提供的参数。使用第二掩模版13对像素墙材料65进行曝光，并做曝光后的烘烤，所述第二掩模版13的俯视图如图13所示，所述第二掩模版13具有遮光部分67(灰色部分)和透光部分68(白色部分)，紫外线透过所述第二掩模版13的透光部分68照射到像素墙材料65的表面，然后使用有机显影液或碱性显影液显影光刻胶，得到绝缘层15，然后在高温下进行固化处理。本实施例中，假定负性光刻胶66的介电常数小于非极性液体7的介电常数，这样使得非极性液体7在施加驱动电压时首先在远离绝缘层15的位置打开。如果负性光刻胶66的介电常数大于非极性液体7的介电常数，第二掩模版13中的像素区域内的遮光和透光部分68的极性需要反转，即绝缘层15的光刻胶在光刻过程处理后被除去。

绝缘层15生成后，涂覆疏水层5，涂覆方式可以是但不限于丝网印刷、旋涂、狭缝涂布、辊涂、刮涂等方法，涂布之后一般还需要热板或烘箱进行烘烤以蒸发掉溶剂成膜，最后采用光刻法在疏水层5上制备像素墙6和柱形结构10，使用此种方法制得的像素墙6的材料与柱形结构10的材料可以相同也可以不同。参见图12，以像素墙材料65和柱形结构10材料均为负性光刻胶为例，在疏水层5上采用一步光刻法制备所述像素墙6和所述柱形结构10的步骤具体如下：在疏水层5上涂布像素墙材料65并进行烘烤，涂布的方法可以但不限于旋涂、狭缝涂布、丝网印刷、滚轮涂布等，烘烤的温度和时间可参考光刻胶公司提供的参数。使用第三掩模版14对像素墙材料65进行曝光，并做曝光后的烘烤，所述第三掩模版14的俯视图如图14所示，所述第三掩模版14具有遮光部分67(灰色部分)和透光部分68(白色部分)，紫外线12透过所述第三掩模版14的透光部分68照射到像素墙材料65的表面，然后使用有机显影液或碱性显影液进行显影光刻胶，得到像素墙6和柱形结构10。所述柱形结构10的形状可以是圆柱形或多棱柱，优选地为圆柱形或正棱柱。所述像素墙材料65可以和绝缘层15的材料一样，也可以不一样。采用图12中的步骤，像素墙6和柱形结构10的高度基本一样。

接下来，制备上支撑板：采用磁控溅射、蒸镀、气相沉积等方式在上基板1上设置电极层2，电极层2可以为ITO电极，也可以为铝或者铝与其他金属的合金。

最后，在下支撑板上填充油墨7和极性液体8(水、盐溶液等)后，将上下支撑板通过胶框9贴合到一起，最终得到如图9所示的电润湿显示器件。

实施例3

本实施例中的方法和步骤与实施例1～2中基本一样，不同点在于像素墙6和柱形结构10采用两步光刻法分别制造，因此可以使用不同的材料设置像素墙6和柱形结构10，所述像素墙6和柱形结构10的高度和亲疏水性可以不同，为了增加电润湿显示器件的分辨率，可以将柱形结构的高度降低，优选地，所述柱形结构的高度为像素墙高度的1/5～1，更优选地为像素墙高度的1/5～1/2，同时由于可以采用不同的材料制备，柱形结构10与像素墙6的亲水性可以不同，柱形结构10采用疏水性高一些的材料，油墨不容易向像素墙6移动，更难翻墙，也不可以太疏水否则油墨会在柱形结构周围聚集，影响显示效果，优选地所述柱形结构的水滴接触角为50～100度，更优选地为70～90度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电润湿显示阵列基板，包括下基板(3)，设置在下基板(3)上的下电极层(4)，设置在下电极层(4)上的疏水层(5)，设置在疏水层(5)上的像素墙(6)，所述像素墙(6)围成像素格，其特征在于：所述疏水层(5)上设置有柱形结构(10)，所述柱形结构(10)位于所述像素格内且临近像素格角落设置；所述下电极层(4)中设置有开口(11)，所述开口(11)位于所述柱形结构(10)所在的像素格角落设置，所述柱形结构(10)位于临近像素格角落的顶点和像素格中心所在的直线上，且与临近像素格角落的顶点距离为s。

2.根据权利要求1所述的一种电润湿显示阵列基板，其特征在于：所述柱形结构(10)临近像素格角落的顶点和像素格中心的距离为r，其中0.35r≤s≤0.70r。

3.一种电润湿显示阵列基板，包括下基板(3)，设置在下基板(3)上的下电极层(4)，设置在下电极层(4)上的疏水层(5)，设置在疏水层(5)上的像素墙(6)，所述像素墙(6)围成像素格，其特征在于：所述疏水层(5)上设置有柱形结构(10)，所述柱形结构(10)位于所述像素格内且临近像素格角落设置；所述下电极层(4)上设置有绝缘层(15)，所述绝缘层(15)位于所述柱形结构(10)所在的像素格角落设置，所述柱形结构(10)位于临近像素格角落的顶点和像素格中心所在的直线上，且与临近像素格角落的顶点距离为s。

4.一种电润湿显示器件，其包括权利要求1至2或3任一项所述的一种电润湿显示阵列基板，其特征在于，还包括：设置在所述疏水层(5)上的非极性液体(7)，设置在所述非极性液体(7)上的极性液体(8)，设置在所述极性液体(8)上的上电极层(2)，设置在所述上电极层(2)上的上基板(1)，以及用于封装的胶框(9)。

5.根据权利要求4所述的一种电润湿显示器件，其特征在于：所述阵列基板包括多个柱形结构(10)，所述多个柱形结构(10)以临近的像素格角落的顶点为圆心，半径为s呈圆弧状分布。

6.一种电润湿显示器件，包括权利要求1至2或3任一项所述的一种电润湿显示阵列基板。

7.一种电润湿阵列基板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供下基板(3)；

2)在下基板(3)上制备下电极层(4)；

3)蚀刻下电极层(4)形成开口(11)，所述开口(11)位于柱形结构(10)所在的像素格角落设置；

4)在具有开口(11)的下电极层(4)上涂敷疏水层(5)；

5)在疏水层(5)上制备像素墙材料(65)；

6)所述像素墙材料(65)经过曝光显影，得到图案化的像素墙(6)和柱形结构(10)，所述像素墙(6)围成像素格，所述柱形结构(10)位于所述像素格内且临近像素格角落设置。

8.一种电润湿阵列基板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供下基板(3)；

2)在下基板(3)上制备下电极层(4)；

3)在下电极层(4)上制备光刻胶(66)；

4)所述光刻胶(66)经曝光显影，得到图案化的绝缘层(15)，所述绝缘层(15)位于柱形结构(10)所在的像素格角落设置；

5)涂覆疏水层(5)，所述疏水层(5)覆盖所述绝缘层(15)以及未被所述绝缘层(15)所覆盖的所述下电极层(4)部分；

6)在疏水层(5)上制备像素墙材料(65)；

7)所述像素墙材料(65)经过曝光显影，得到图案化的像素墙(6)和柱形结构(10)，所述像素墙(6)围成像素格，所述柱形结构(10)位于所述像素格内且临近像素格角落设置。

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