CN109932815A - 一种双稳态电润湿显示基板及其制备方法和显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双稳态电润湿显示基板及其制备方法和显示器件，该双稳态电润湿显示基板包括：衬底，设于衬底上围成像素格阵列的像素墙，设于衬底上且位于各像素格内的导电层和隔离墙，设于像素墙、隔离墙和导电层上的介电层，设于对应像素墙和导电层位置的介电层上的第一疏水层，设于对应隔离墙位置的介电层上的亲水层或亲水层和第二疏水层；各像素格内的导电层包括第一电极和第二电极；隔离墙设于所述第一电极和第二电极之间，将每个像素格分成对应第一电极和第二电极的第一区域和第二区域。通过以上方式，本发明双稳态电润湿显示基板结构简单，可应用于电润湿显示器件，可降低驱动电压，可靠性强，双稳显示效果好，提高电润湿显示性能。
Description
技术领域
本发明涉及电润湿显示技术领域，具体涉及一种双稳态电润湿显示基板及其制备方法和显示器件。
背景技术
电润湿电子显示是利用外加电场操控像素内极性液体表面张力，进而推动油墨铺展和收缩，实现光学开关和灰度控制的新型反射式显示技术。传统电润湿显示是单稳的，即通过对极性液体水施加电场，能驱动油墨收到像素格一角，若要维持油墨收缩，必须保持电压开启；去掉电压后，油墨会返回到初始铺开状态。双稳态是电子显示技术实现新的探索方向，目的是使油墨加电收缩后，去电还能保持收缩不铺开，这样就能大幅度减少保持和刷新耗电，降低功耗。但现有已知的双稳态电润湿显示器件稳定性不够，维持双稳定状态效果不理想。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种双稳态电润湿显示基板及其制备方法和显示器件，该双稳态电润湿显示基板可减低电润湿显示驱动电压，稳定性高。
本发明所采用的技术方案是：一种双稳态电润湿显示基板，包括：衬底，设于所述衬底上围成像素格阵列的像素墙，设于所述衬底上且位于各像素格内的导电层和隔离墙，设于所述像素墙、隔离墙和导电层上的介电层，设于对应所述像素墙和导电层位置的介电层上的第一疏水层，以及设于对应所述隔离墙位置的介电层上的亲水层或亲水层和第二疏水层；各像素格内的导电层包括第一电极和第二电极；所述隔离墙设于所述第一电极和第二电极之间，将每个像素格分成对应第一电极和第二电极的第一区域和第二区域。其中，隔离墙一般为连续结构，像素墙的高度一般大于隔离墙的高度，即像素墙高于隔离墙。
优选地，所述第一电极的面积不大于每个像素格面积的三分之一。
优选地，所述第一电极设于像素格的角落区域。
优选地，所述第二电极与所述衬底之间设有填充层，所述填充层平齐于或低于所述像素墙。所述填充层的材料可采用SU-8、HN、氧化硅或氮化硅材料，具体可与所述隔离墙的材料相同或不同。
优选地，所述导电层设于所述像素墙的侧壁和所述衬底上。通过该结构设计，使衬底和像素墙侧壁上电极通电时可形成电场合力，应用于电润湿显示器件通过该电场合力可定向、精确、快速推动非极性液体(如油墨)运动，克服非极性液体收缩时液体高度大，难破裂、不运动等问题，减小响应时间，提高显示性能。
优选地，所述隔离墙的形状为圆形、弧形、曲线形、直线形或折线形。
优选地，所述隔离墙的宽度为2～10μm，高度为1～20μm。
导电层的材料可采用透明导电材料和/或高反射率金属导电材料；具体地，若要实现透射式双稳态电润湿显示可采用透明导电材料(如ITO、透明金属纳米线、透明金属网格等)制备导电层；若要实现反射式双稳态电润湿显示可采用高反射金属导电材料(如Al、Au、Ag等金属)制备导电层。衬底的材料可采用带氧化层的硅片、玻璃、PET、PEN或PI材料；像素墙和隔离墙的材料可采用SU-8、HN、氧化硅或氮化硅材料，像素墙和隔离强的材料可相同或不同。另外，像素格的形状可设计为矩形、正方形、圆形、菱形或椭圆形等，优选各像素格内的导电层结构相同。
本发明还提供了一种上述双稳态电润湿显示基板的制备方法，包括以下步骤：
S1、取或制备衬底，而后在所述衬底上制备像素墙和隔离墙；
S2、在所述衬底上所述像素墙围成的各像素格内制备导电层，所述导电层包括第一电极和第二电极；
S3、在所述导电层、像素墙和隔离墙上制备介电层；
S4、在对应所述导电层和所述像素墙位置的介电层上制备疏水层；在对应所述隔离墙位置的介电层上制备亲水层。
优选地，步骤S4包括：先在步骤S3制得的介电层上制备疏水层，而后在掩膜板保护下，对对应所述隔离墙位置的疏水层进行亲水性改性。疏水层的制备可通过慢速旋涂工艺或浸涂工艺使疏水层的材料均匀分布在介电层上；亲水性改性可通过图案化磁控溅射亲水材料或图形化干法刻蚀实现。
另外，本发明还提供了一种双稳态电润湿显示器件，包括上述任一种双稳态电润湿显示基板。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种双稳态电润湿显示基板及其制备方法和显示器件。该双稳态电润湿显示基板结构简单，可应用于电润湿显示器件，其通过隔离墙以及对应隔离墙位置的介电层上亲水层的设计，可使电润湿显示器件在通电时，其中的非极性液体(如油墨)能越过隔离墙运动，而在电压撤离时，隔离墙和其上对应的亲水层能阻断非极性液体运动，依靠非极性液体的自身界面张力维持双稳特性，从而可降低驱动电压，可靠性强，双稳显示效果好，提高电润湿显示性能。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明双稳态电润湿显示基板一实施例的局部结构示意图；
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面图；
图3是本发明双稳态电润湿显示器件一实施例的局部结构示意图；
图4是图3所示双稳态电润湿显示器件的工作原理示意图。
具体实施方式
以下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，以充分理解本发明的目的、方案和效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对图中本发明各组成部分相互位置关系来说的，而术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，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。
请参阅图1和图2，图1是本发明双稳态电润湿显示基板一实施例的局部结构示意图，图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的截面图。如图1和图2所示，本实施例双稳态电润湿显示基板包括：衬底11，设于衬底11上围成像素格阵列的像素墙14，设于衬底11上且位于各像素格内的导电层12和隔离墙13，设于像素墙 14、隔离墙13和导电层12上的介电层15，设于对应像素墙14和导电层12位置的介电层15上的疏水层16，以及设于对应隔离墙13位置的介电层15上的亲水层17。具体地，像素墙14围合成的各像素格内都设有导电层12，导电层 12包括第一电极121和第二电极122，隔离墙13设于第一电极121和第二电极 122之间，将每个像素格分为对应第一电极121和第二电极122的第一区域123 和第二区域124。
如图1所示，本实施例中，导电层12设置于衬底11上和像素格内像素墙14的侧壁上。通过将导电层12设置于衬底11上表面和像素墙14的侧壁上，成品基板应用于电润湿显示器件使用时，基板的衬底11和像素墙14侧壁上形成的电极可产生电场合力，定向、精确且快速地推动器件中非极性液体的运动，减少相应时间，提高器件显示性能。当然，在其他实施例中，导电层12可仅设于衬底11的上表面。
在本实施例中，隔离墙13的形状为弧形(如图2所示)，隔离墙13的高度为10μm左右，像素墙14的高度大于隔离墙13的高度。并且，本实施例中，第一电极121设于像素格的角落区域，且第一电极121的面积不大于每个像素格面积的三分之一；像素格呈正方形。通过以上导电层12中第一电极121和第二电极122的尺寸、空间分布设计以及隔离墙13高度设计合理搭配，可更有效地提高显示性能，降低驱动电压，减少相应时间，增强可靠性，提高双稳态显示效果。当然，在其他实施例中，可根据实际需要对隔离墙13和像素格的高度、形状以及导电层12各电极的形状尺寸和空间分布进行调整。如像素格还可以设计为矩形、圆形、菱形或椭圆形等，隔离墙13可设计为圆形、曲线形、直线形或折线形等，隔离墙13一般为连续结构，其的宽度一般为2～10μm，高度为1～20 μm。在其他实施例中，在第二电极122与衬底11之间设置填充层，填充层的高度一般小于或等于像素墙14的高度。填充层的材料可采用SU-8、HN、氧化硅或氮化硅材料，具体可与隔离墙的材料相同或不同。通过填充层的设置可用于保持第二电极122对应第二区域122的非极性液体保持双稳；具体地，在第二电极122与衬底11之间设置填充层，第二电极122与第一电极121之间会形成高度差，此时，第一电极121对应的第一区域123处相当于一个沟槽，而第二电极122对应的第二区域122类似于一个台阶；当非极性液体(如油墨)位于第一电极121上方对应的第一区域123时，非极性液体依靠这个高度差和隔离墙，撤掉电压也能维持稳定；当非极性液体运动到第二电极122上方对应的第二区域124时，非极性液体平铺于第二电极122上方对应的第二区域124，撤掉电压后可依靠非极性液体自身的界面张力维持稳定。
另外，在以上基础上，可以根据实际需求对双稳态电润湿显示基板进行设计，可以设计为反射型、透射型或透射反射型，具体可根据需求采用ITO、透明金属纳米线、透明金属网格等透明导电材料或Al、Au、Ag等高反射金属导电材料制备导电层12。衬底11可选刚性或柔性，具体可采用带氧化层的硅片、玻璃、PET、PEN或PI材料；像素墙14和隔离墙13的材料可采用SU-8、HN、氧化硅或氮化硅材料，像素墙14和隔离强13的材料可相同或不同。此外，开关显示方式可以是每个像素格单独开关显示，也可以是由多个像素格组合形成区域段码同时开关显示；驱动显示方式可以是有源阵列驱动或无源阵列驱动显示；像素格可以是单层显示或叠加方式产生多层多色显示。
以上双稳态电润湿显示基板可通过以下制备方法进行制备，该制备方法具体包括以下步骤：
S1、取或制备衬底11，而后在衬底11上制备像素墙14和隔离墙13。
具体地，可通过在衬底11上喷涂像素墙14和隔离墙13的材料，然后利用掩膜板通过曝光显影技术制备像素墙14和隔离墙13；或者可通过喷墨打印技术采用像素墙14和隔离墙13的材料进行精确打印，然后高温烘烤固化，以制备像素墙14和隔离墙13。为了便于加工制备，优选像素墙14和隔离墙13采用相同的材料。
S2、在衬底11上像素墙14围成的各像素格内制备导电层12，导电层12 包括第一电极121和第二电极122。
具体地，可采用PVD(磁控溅射)或CVD制备导电层12。溅射操作时，可通过旋转偏转工艺，使衬底11和像素格内的像素墙14侧面均均匀镀膜，而后在形成的镀膜上旋涂一层光刻胶，通过光学曝光和显定影技术制备出对应的电极图案光刻胶图形，再通过湿法刻蚀掉曝光显影后暴露的导电层部分，刻蚀完成后去除光刻胶，得到目标电极图案。导电层12的厚度可以通过磁控溅射的时间来控制，其厚度一般为100～200nm。最终基板可应用于制备电润湿显示器件，而所形成的显示器件中该导电层可用于控制油墨在两个状态间的切换。
另外，也可采用喷墨答应和无电电镀(眼镜反应)结合的方式制备导电层电极。例如，将聚苯乙烯(PS)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，而后置于60℃加热台上加热溶解12h，制成质量分数为25wt％墨水，通过喷墨打印制备图案化的聚合物掩模板。然后在带有聚苯乙烯(PS)图案的基底之上使用无电电镀(银镜反应)制备金属电极薄膜：将AgNO3溶解于去离子水中，并在300rpm转速下搅拌半小时，并将0.25M，20μL的KOH水溶液快速加入AgNO3溶液中；然后把氨水溶液逐滴滴入上述溶液中直至溶液变澄清透明；而后加入葡萄糖与甲醛溶液混合，作为还原剂，在300rpm转速下搅拌20min；最后把还原剂倒入 (Ag(NH3)2)+的前驱体溶液中搅拌，迅速将带PS图案的基底放入混合溶液中，5 min后，把样品放入去离子水中反复洗涤并用氮气枪吹干；最后将上述样品浸入DMF溶剂中洗掉聚合物掩膜板，3min后取出用氮气枪吹干，得到图案化金属银电极。
S3、在导电层12、像素墙14和隔离墙13上制备介电层15。
具体地，可通过慢速旋涂工艺、浸涂工艺、丝网印刷或狭缝涂布等方式，使介电层15的材料均匀分布导电层12、像素墙14和隔离墙13上，以制备介电层15。
S4、在对应导电层12和像素墙14位置的介电层上制备疏水层16；在对应隔离墙13位置的介电层15上制备亲水层17。
具体地，可先通过慢速旋涂工艺、浸涂工艺、丝网印刷或狭缝涂布等方式在介电层15上制备疏水层16，而后在掩膜板保护下，对对应隔离墙位置的疏水层16进行亲水性改性，该亲水性改性可通过图形化干法刻蚀RIE或者磁控溅射特定亲水材料的方法实现。在一些情况下，也可将介电层上的疏水层进行局部亲水性改性，以使对应隔离墙位置的介电层上同时含疏水层和亲水层；当然，也可分别在对应导电层12和像素墙14位置的介电层15上制备疏水层16，在对应隔离墙13位置的介电层15上制备亲水层17，或在对应隔离墙13位置的介电层15上水平并排制备亲水层17和疏水层16。
以上双稳态电润湿显示基板结构简单，可应用于电润湿显示器件，其通过隔离墙13以及对应隔离墙13位置的介电层15上亲水层17的设计，可使电润湿显示器件在通电时，其中的非极性液体(如油墨)能越过隔离墙13运动，而在电压撤离时，隔离墙13和其上对应的亲水层17能阻断非极性液体运动，依靠非极性液体的自身界面张力维持双稳特性，从而可降低驱动电压，可靠性强，双稳显示效果好，提高电润湿显示性能。
具体请参阅图3，图3是本发明双稳态电润湿显示器件一实施例的局部结构示意图。如图3所示，本实施例双稳态电润湿显示器件包括上基板20、下基板。上基板20上设有公共电极28，公共电极28的材料可采用ITO(氧化铟锡) 材料。下基板与图1所示的双稳态电润湿显示基板结构基本相同，包括衬底21，设于衬底21上围成像素格阵列的像素墙24，设于衬底21上且位于各像素格内的导电层和隔离墙23，设于像素墙24、隔离墙23和导电层上的介电层25，设于对应像素墙24和导电层位置的介电层25上的疏水层26，以及设于对应隔离墙23位置的介电层25上的亲水层27；各像素格内的导电层包括第一电极221 和第二电极222，隔离墙23设于第一电极221和第二电极222之间，将每个像素格分为对应第一电极221和第二电极222的第一区域和第二区域，其他具体结构不再赘述。上基板20和下基板对向形成密封空腔内填充有封装液体29，该封装液体29为极性电解质溶液291和非极性溶液292，两种溶液互不相溶。在本实施例中，极性电解液溶液291为水，非极性溶液292为油墨。
请参阅图4，图4是本实施例双稳态电润湿显示器件的工作原理示意图。如图4所示，本实施例双稳态电润湿显示器件的具体工作原理如下：首先，在未通电状态下，如图4中(a)所示，由于润湿效应，极性电解溶液291(即水) 和非极性溶液292(即油墨)填充且平铺在像素格内，在各像素格内，油墨被隔离墙23分隔成两部分；当第二电极222与公共电极28接通直流电时，如图 4中(b)所示，由于极性电解质溶液水的电荷往第二电极222对应的第二区域运动，改变了水在第二电极222上疏水层26的接触角，变成亲水性，非极性油墨在来自分布于第二区域衬底11上表面和像素墙24内侧壁上第二电极222产生的电场合力驱动作用下，快速、定向地越过隔离墙23，聚集在像素格角落第一电极221对应的第一区域；当撤掉第二电极222与公共电极28的直流电场，油墨依靠隔离墙23及其上方亲水层27和油墨自身的界面张力，稳定地收缩于像素格角落处第一电极221对应的第一区域，像素格显示第二电极222对应的大面积第二区域为透明或衬底的颜色，即像素格打开，此状态为双稳态电润湿显示器件的第一稳定状态；当第一电极221与公共电极28接通直流电时，如图 4中(c)所示，非极性油墨在来自分布于第一区域衬底21上表面和像素墙24 内侧壁上的第一电极221产生的电场合力驱动作用下，快速、定向地越过隔离墙23，在像素格内第二电极222对应的大面积第二区域铺开；此时，撤掉第一电极221与公共电极28的直流电场，非极性油墨依靠隔离墙23及其上方的亲水层27和油墨自身的界面张力，稳定地在第二电极222对应的第二区域铺开，像素格显示大面积第二区域为油墨的颜色，即像素格关闭，此状态为双稳态电润湿显示器件的第二稳定状态。由上，油墨处于打开或关闭双稳状态时，无需电场，在油墨越过隔离墙23，像素格显示状态需切换时耗电，从而可大幅降低功耗，且双稳显示效果好。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双稳态电润湿显示基板，其特征在于，包括：衬底，设于所述衬底上围成像素格阵列的像素墙，设于所述衬底上且位于各像素格内的导电层和隔离墙，设于所述像素墙、隔离墙和导电层上的介电层，设于对应所述像素墙和导电层位置的介电层上的第一疏水层，以及设于对应所述隔离墙位置的介电层上的亲水层或亲水层和第二疏水层；各像素格内的导电层包括第一电极和第二电极；所述隔离墙设于所述第一电极和第二电极之间，将每个像素格分成对应第一电极和第二电极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显示基板，其特征在于，所述第一电极的面积不大于每个像素格面积的三分之一。
3.根据权利要求2所述的双稳态电润湿显示基板，其特征在于，所述第一电极设于像素格的角落区域。
4.根据权利要求2所述的双稳态电润湿显示基板，其特征在于，所述第二电极与所述衬底之间设有填充层，所述填充层平齐于或低于所述像素墙。
5.根据权利要求1所述的双稳态电润湿显示基板，其特征在于，所述导电层设于所述像素墙的侧壁和所述衬底上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双稳态电润湿显示基板，其特征在于，所述隔离墙的形状为圆形、弧形、曲线形、直线形或折线形。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的双稳态电润湿显示基板，其特征在于，所述隔离墙的宽度为2～10μm，高度为1～20μm。
8.权利要求1-7中任一项所述的双稳态电润湿显示基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取或制备衬底，而后在所述衬底上制备像素墙和隔离墙；
S2、在所述衬底上所述像素墙围成的各像素格内制备导电层，所述导电层包括第一电极和第二电极；
S3、在所述导电层、像素墙和隔离墙上制备介电层；
S4、在对应所述导电层和所述像素墙位置的介电层上制备疏水层；在对应所述隔离墙位置的介电层上制备亲水层。
9.根据权利要求8所述的双稳态电润湿显示基板的制备方法，其特征在于，步骤S4包括：先在步骤S3制得的介电层上制备疏水层，而后在掩膜板保护下，对对应所述隔离墙位置的疏水层进行亲水性改性。
10.一种双稳态电润湿显示器件，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的双稳态电润湿显示基板。
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