CN109116550B - 一种电润湿显示装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电润湿显示装置及其制作方法，以改善现有技术的电润湿显示装置存在制作工艺复杂的问题。所述电润湿显示装置，包括多个像素单元，每一所述像素单元包括：相对设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板与所述第二基板之间的极性液体和非极性液体、以及用于为所述极性液体和所述非极性液体提供电压的电极结构，其中，所述非极性液体包含有多个光子晶体颗粒；所述电极结构施加电压时，所述光子晶体颗粒间的间距随所述非极性液体形体的变化而变化，以反射相应波长的外界光。

Description

一种电润湿显示装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电润湿显示装置及其制作方法。

背景技术

电润湿显示是一种通过采用非极性液体在疏水性介电薄膜上进行“铺展，收缩”行为来实现显示效果的技术。其操作原理为，当未施加电压于组件时，非极性油滴对疏水介电层的亲和度大于极性水溶液而使油滴平铺于疏水性介电层表面，当对该组件施加电压时，疏水性介电层上产生的电荷分布会增加其对水的亲和力而驱使油滴被挤压到像素角落。

但目前可实现彩色显示的电润湿显示装置存在制作工艺复杂的问题。

发明内容

本发明提供一种电润湿显示装置及其制作方法，以改善目前可实现彩色显示的电润湿显示装置存在制作工艺复杂的问题。

本发明实施例提供一种电润湿显示装置，包括多个像素单元，每一所述像素单元包括：相对设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板与所述第二基板之间的极性液体和非极性液体、以及用于为所述极性液体和所述非极性液体提供电压的电极结构，其中，所述非极性液体包含有多个光子晶体颗粒；

所述电极结构施加电压时，所述光子晶体颗粒间的间距随所述非极性液体形体的变化而变化，以反射相应波长的外界光。

在一种可能的实施方式中，所述光子晶体颗粒为球形。

在一种可能的实施方式中，所述光子晶体颗粒在所述非极性液体中均匀分布。

在一种可能的实施方式中，所述非极性液体为油墨，所述光子晶体颗粒的材质为二氧化钛。

在一种可能的实施方式中，所述极性液体为水。

在一种可能的实施方式中，所述光子晶体颗粒的粒径为100纳米～300纳米。

本发明实施例还提供一种制作如本发明实施例提供的所述电润湿显示装置的制作方法，所述制作方法包括：

形成第一基板；

形成第二基板；

将所述第一基板与所述第二基板对盒；

向所述第一基板和所述第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体。

在一种可能的实施方式中，在向所述第一基板和所述第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体之前，所述制作方法还包括：

形成光子晶体颗粒；

将所述光子晶体颗粒与所述非极性液体键合。

在一种可能的实施方式中，所述形成光子晶体颗粒包括：

将钛酸四异丙酯加入无水乙醇中，并滴加硝酸，搅拌至混合均匀；

加入干燥的聚苯乙烯粉末，静置第一预设时长后取上层清液，用乙醇清洗，烘干，循环该步骤8-10次；

预设温度下，煅烧第二预设时长。

在一种可能的实施方式中，所述将所述光子晶体颗粒与所述非极性液体键合，包括：

向丙烯酰胺中加入四甲基乙二胺、硫代硫酸钠、聚(N-异丙基丙烯酰胺)；

加入混合有光子晶体颗粒的悬浊液，静置第三预设时长。

本发明实施例有益效果如下：电润湿显示装置的每一像素单元具有包含光子晶体的非极性液体，在极性液体和非极性液体之间的电压由无变有时，非极性液体的形体会由“铺展”状态转变为“收缩”状态，进而导致其内的光子晶体颗粒之间的间距变小，而在光子晶体颗粒之间间距的变小，会使其选择性反射的外界光的波长变小，进而通过控制施加到电极结构的电压可以实现反射光颜色的控制，进而实现提供一种新型结构的彩色显示装置。相对于通过彩膜阻挡实现彩色显示时会存在较多的光损失，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有不损失透过率的优势；相对于利用电润湿显示技术，采用红、绿、蓝三色极性溶液实现彩色显示，需要将不同颜色的极性液体精确注入到相应像素位置时存在制作工艺复杂的问题，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有结构简单，制作工艺容易实现的优势。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电润湿显示装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种具体的电润湿显示装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电润湿显示装置的制作流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种二氧化钛与油墨进行自组装的示意图；

图5为本发明实施例中，制备完成第二缓冲层的驱动背板结构示意图；

图6为本发明实施例中，制备完成栅极绝缘层的驱动背板的结构示意图；

图7为本发明实施例中，制备完成钝化层的驱动背板的结构示意图；

图8为本发明实施例中，制备完成支撑柱的驱动背板结构示意图；

图9为本发明实施例中，注入修饰后油墨的电润湿显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

参见图1，本发明实施例提供一种电润湿显示装置，包括多个像素单元8，每一像素单元8包括：相对设置的第一基板1和第二基板2、位于第一基板1与第二基板2之间的极性液体3和非极性液体4、以及用于为极性液体3和非极性液体4提供电压的电极结构(图1中未示出)，其中，非极性液体4包含有多个光子晶体颗粒5；

电极结构施加电压时，光子晶体颗粒间5的间距随非极性液体4形体的变化而变化，以反射相应波长的外界光。在具体实施时，相邻像素单元8之间可以设置支撑柱6，以对相邻像素单元8之间的非极性液体4进行间隔，各个像素单元8的极性液体3可以相互连通，电润湿显示装置在边框区域还可以设置用于密封第一基板1和第二基板2的封框胶7。

本发明实施例中，电润湿显示装置的每一像素单元具有包含光子晶体的非极性液体，在极性液体和非极性液体之间的电压由无变有时，非极性液体的形体会由“铺展”状态转变为“收缩”状态，进而导致其内的光子晶体颗粒之间的间距变小，而光子晶体阵列间距的变化，会改变其衍射光波长，进而在光子晶体颗粒之间间距的变小，会使其选择性反射的外界光的波长变小，进而通过控制施加到电极结构的电压可以实现反射光颜色的控制，进而实现提供一种新型结构的彩色显示装置。相对于通过彩膜阻挡实现彩色显示时会存在较多的光损失，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有不损失透过率的优势；相对于利用电润湿显示技术，采用红、绿、蓝三色极性溶液实现彩色显示，需要将不同颜色的极性液体精确注入到相应像素位置时存在制作工艺复杂的问题，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有结构简单，制作工艺容易实现的优势。

在具体实施时，本发明实施例的多个像素单元8可以呈阵列分布。电极结构具体可以是包括位于第一基板的像素电极以及位于第二基板的透明公共电极，当然，电极结构也可以是其它可以为位于第一基板和第二之间的极性液体和非极性液体提供电压的其它电极结构，例如，电极结构还可以是包括均设置于第一基板不同层的像素电极和公共电极。第一基板具体可以为驱动背板，驱动背板具体可以包括第一衬底基板、位于第一衬底基板之上用于驱动像素单元的薄膜晶体管、位于薄膜晶体管之上的像素电极、以及位于像素电极之上的疏水绝缘层，疏水绝缘层在第一衬底基板上的正投影具体可以与像素电极在第一衬底基板上的正投影重叠，相邻像素电极之间的间隙设置有支撑柱，该支撑柱可以用于间隔相邻像素单元之间的非极性液体。第二基板具体可以为对向基板，对向基板具体可以包括透明的第二衬底基板、位于第二衬底基板之上的透明公共电极。第一基板的疏水绝缘层与第二基板的公共电相向设置。各个像素单元的像素电极相互间隔设置，公共电极具体可以为一整体的面状结构。

以下结合图2对本发明实施例提供的电润湿显示装置的具体结构以及显示原理进行详细举例说明。

参见图2所示，电润湿显示装置依次包括玻璃材质的第一衬底基板11、位于第一衬底基板11之上的第一缓冲层12、位于第一缓冲层12之上的第二缓冲层13、位于第二缓冲层13之上的薄膜晶体管19、位于薄膜晶体管19之上的像素电极17、位于像素电极17之上的疏水绝缘层18、位于疏水绝缘层18之上的非极性液体4、位于非极性液体4之上的极性液体3、位于极性液体3之上的公共电极22、位于公共电极22之上的透明第二衬底基板21。相邻像素电极17之间的间隙设置有支撑柱6。薄膜晶体管19可以为非晶硅薄膜晶体管，具体可以包括多晶硅有源层(多晶硅有源层包括沟道区190、位于沟道区190一侧的重掺杂源区191、位于沟道区190另一侧的重掺杂漏区192)、位于多晶硅有源层之上的栅极绝缘层14、位于栅极绝缘层14之上的栅极193、位于栅极193之上的层间绝缘层15、位于层间绝缘层15之上的源极194和漏极195，其中，源极194通过第一过孔与重掺杂源区191连接，漏极195通过第二过孔与重掺杂漏区192连接，漏极195还与像素电极17连接。第一基板1的像素电极17与第二基板2的公共电极22形成电极结构。非极性液体4具体可以为油墨，极性液体3具体可以为水。疏水绝缘层18的材质具体可以为特氟龙。

未施加像素电压时(如图2中最左侧的像素单元)，油墨(即非极性液体4)在水(即极性液体3)和疏水绝缘层18之间形成均一的薄膜，光子晶体微粒5间距最大；当像素电极电压增大时(如图2中间的像素单元被施加的电压大于最左侧像素单元被施加的电压)，为了再次获得最小吉布斯自由能，水(即极性液体3)移动至与疏水绝缘层18接触，油墨(即非极性液体4)被推到一边，光子晶体微粒5间距变小；且随着电压的增大(如图2中最右侧像素单元被施加的电压大于中间的像素单元被施加的电压)，光子晶体微粒5间距逐渐变小。随着颗粒间距减小，反射光的波长变小，通过精确控制像素的驱动电压，进而可以实现不同波长色光的反射，出射多种颜色，形成彩色显示。传统液晶显示面板中，彩色显示的原理为：R色阻+背光亮度调节(薄膜晶体管调制液晶实现)＝不同灰度的R色，G色阻+背光亮度调节＝不同灰度的G色，B色阻+背光亮度调节＝不同灰度的B色，不同灰度的R/G/B组成广色域显示。而本发明实施例中，调节光子晶体距离即可实现不同灰度的RGB，进而组成广色域。

在一种可能的实施方式中，光子晶体颗粒5具体可以为球形。

在一种可能的实施方式中，光子晶体颗粒5在非极性液体4中均匀分布。

在一种可能的实施方式中，非极性液体4具体可以为油墨，光子晶体颗粒5的材质具体可以为二氧化钛。本发明实施例中，光子晶体颗粒5的材质为二氧化钛，非极性液体4为油墨，二氧化钛可以与油墨进行较好的键合，使光子晶体颗粒仅位于油墨中，极性液体3中没有光子晶体颗粒5，进而实现在油墨的形体发生变化时，光子晶体颗粒5的间距随油墨形体的变化而变化，实现彩色显示。

在一种可能的实施方式中，极性液体具体可以为水。

在一种可能的实施方式中，光子晶体颗粒的粒径为100纳米～300纳米。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种制作如本发明实施例提供的电润湿显示装置的制作方法，制作方法包括：

步骤S100、形成第一基板。

步骤S200、形成第二基板。

步骤S300、将第一基板与第二基板对盒。

步骤S400、向第一基板和第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体。

在一种可能的实施方式中，在向第一基板和第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体之前，制作方法还包括：

步骤S500、形成光子晶体颗粒；

步骤S600、将光子晶体颗粒与非极性液体键合。

在一种可能的实施方式中，关于步骤S500、形成光子晶体颗粒包括：

步骤S501、将钛酸四异丙酯加入无水乙醇中，并滴加硝酸，搅拌至混合均匀。

步骤S502、加入干燥的聚苯乙烯粉末，静置第一预设时长后取上层清液，用乙醇清洗，烘干，循环该步骤8-10次。

步骤S503、预设温度下，煅烧第二预设时长。

在一种可能的实施方式中，关于步骤S600、将光子晶体颗粒与非极性液体键合，包括：

步骤S601、向丙烯酰胺中加入四甲基乙二胺、硫代硫酸钠、聚(N-异丙基丙烯酰胺)。

步骤S602、加入混合有光子晶体颗粒的悬浊液，静置第三预设时长。

为了更清楚地理解本发明实施例提供的电润湿显示装置的制作方法，以下结合图4-图9进行详细说明。

步骤一、配制光子晶体颗粒种子液：将钛酸四异丙酯加入无水乙醇，滴加硝酸，磁力搅拌30分钟至混合均匀，放置备用。

步骤二、将干燥的聚苯乙烯(PS)粉末加入种子液中，静置。由于乙醇的张力较小，借助PS颗粒间的毛细管力，光子晶体颗粒种子液渗入PS颗粒缝隙。3-5小时后，取出上层清液，将PS颗粒用乙醇清洗，并烘干。

步骤三、从开始浸泡到水解后干燥为一个循环，循环8-10次后，即可在PS颗粒间隙生成一薄层二氧化钛(TiO2)。

步骤四、将填充好的PS球形光子晶体模板450℃煅烧2-3小时，即可制得TiO2球形光子晶体颗粒。

步骤五、结合图4所示，以四甲基乙二胺(TEMED)为加速剂，硫代硫酸钠(KPS)为引发剂，将聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)在丙烯酰胺(AAM)中交联聚合，制备网络结构的凝胶结构。通过控制丙烯酰胺的比例可以得到油墨状复合物，即凝胶纳米油墨。

步骤六、TiO2自主装：将TiO2放置于水中形成悬浊液，TiO2悬浊液与凝胶纳米油墨混合，静置8-10小时，即可得到光子晶体颗粒均匀键合的油墨材料。

步骤七、在第一衬底基板11上进行第一缓冲层12和第二缓冲层13的制作，其中第一缓冲层12为氮化硅膜系，以达到阻水氧和阻隔碱性离子的效果；第二缓冲层13为氧化硅膜系，用以改善有源层的界面缺陷，提升电子传输特性，第一衬底基板11具体可以为玻璃基板。形成第二缓冲层后的驱动背板结构示意图如图5所示。

步骤八、第二缓冲层13上进行非晶硅薄膜的沉积。需严格控制非晶硅的厚度及缺陷，以避免激光退火(ELA)后产生mura；ELA晶化，特定波长特定激光强度条件下完成激光连续扫面照射，发生熔融和再结晶过程，形成多晶硅晶粒0.3μm-0.5μm；有源层196在特定掩膜板(mask)下刻蚀，并进行栅极绝缘层14的沉积，形成栅极绝缘层14的驱动背板的结构示意图如图6所示。

步骤九、沉积栅极膜层并图案化，之后进行SD掺杂，即，在多晶硅有源层形成沟道区190、位于沟道区一侧的重掺杂源区191、位于沟道区另一侧的重掺杂漏区192；制作层间绝缘层15，层间绝缘层15优选氧化硅薄膜，也可为氧化硅/氮化硅叠层；沉积源极194/漏极195，并图案化，之后进行制作钝化层16，形成钝化层16的驱动背板的结构示意图如图7所示。

步骤十、将像素电极17连接到漏极195；,制作支撑柱6，支撑柱6材料优选绝缘有机材料，并根据像素结构对其进行图案化，形成支撑柱6的驱动背板的结构示意图如图8所示。

步骤十一、在第二衬底基板(具体可以为玻璃衬底基板)溅射ITO透明电极层，与驱动背板完成对盒；注入修饰后的油墨，完成电润湿显示装置的制作，形成的电润湿显示装置如图9所示。

本发明实施例有益效果如下：电润湿显示装置的每一像素单元具有包含光子晶体的非极性液体，在通过电极结构向极性液体和非极性液体之间的电压由无变有时，非极性液体的形体会由“铺展”状态转变为“收缩”状态，进而导致其内的光子晶体颗粒之间的间距变小，而光子晶体阵列间距的变化，会改变其衍射光波长，进而在光子晶体颗粒之间间距的变小，会使其选择性反射的外界光的波长变小，进而通过控制施加到电极结构的电压可以实现反射光颜色的控制，进而实现提供一种新型结构的彩色显示装置。而且，相对于通过彩膜阻挡实现彩色显示时会存在较多的光损失，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有不损失透过率的优势；相对于利用电润湿显示技术，采用红、绿、蓝三色极性溶液实现彩色显示，需要将不同颜色的极性液体精确注入到相应像素位置时存在制作工艺复杂的问题，本申请采用具有光子晶体颗粒的非极性液体实现彩色显示，具有结构简单，制作工艺容易实现的优势。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种电润湿显示装置，包括多个像素单元，其特征在于，每一所述像素单元包括：相对设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板与所述第二基板之间的极性液体和非极性液体、以及用于为所述极性液体和所述非极性液体提供电压的电极结构，其中，所述非极性液体包含有多个光子晶体颗粒，所述光子晶体颗粒为球形；

所述电极结构施加电压时，所述光子晶体颗粒间的间距随所述非极性液体形体的变化而变化，以反射相应波长的外界光。

2.如权利要求1所述的电润湿显示装置，其特征在于，所述光子晶体颗粒在所述非极性液体中均匀分布。

3.如权利要求1所述的电润湿显示装置，其特征在于，所述非极性液体为油墨，所述光子晶体颗粒的材质为二氧化钛。

4.如权利要求3所述的电润湿显示装置，其特征在于，所述极性液体为水。

5.如权利要求1所述的电润湿显示装置，其特征在于，所述光子晶体颗粒的粒径为100纳米～300纳米。

6.一种制作如权利要求1-5任一项所述的电润湿显示装置的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

形成第一基板；

形成第二基板；

将所述第一基板与所述第二基板对盒；

向所述第一基板和所述第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体。

7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在向所述第一基板和所述第二基板之间注入极性液体和含有多个光子晶体颗粒的非极性液体之前，所述制作方法还包括：

形成光子晶体颗粒；

将所述光子晶体颗粒与所述非极性液体键合。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述形成光子晶体颗粒包括：

将钛酸四异丙酯加入无水乙醇中，并滴加硝酸，搅拌至混合均匀；

加入干燥的聚苯乙烯粉末，静置第一预设时长后取上层清液，用乙醇清洗，烘干，循环8-10次；

预设温度下，煅烧第二预设时长。

9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述将所述光子晶体颗粒与所述非极性液体键合，包括：

向丙烯酰胺中加入四甲基乙二胺、硫代硫酸钠、聚(N-异丙基丙烯酰胺)；

加入混合有光子晶体颗粒的悬浊液，静置第三预设时长。

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