CN111948800A - 电润湿显示器件结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电润湿显示器件结构及其封装方法，电润湿显示器件结构包括相对设置的上基板和下基板，所述上基板沿着朝向所述下基板的方向依次包括第一基板、第一电极和导电像素墙，所述导电像素墙围成像素格，所述下基板沿着朝向所述上基板的方向依次包括第二基板、第二电极和疏水绝缘层，所述上基板与所述下基板之间形成调节区，所述调节区内填充有互不相溶的极性液体和非极性液体，所述导电像素墙的端部伸入至所述非极性液体中。本发明通过在上基板设置导电像素墙，能够规避掉疏水绝缘层材料表面改性及高温回流所带来的缺陷，完全保证疏水绝缘层表面的原始特性不被破坏，以此来提高电润湿光学器件的可靠性。

Description

电润湿显示器件结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及电润湿技术领域，尤其是涉及一种电润湿显示器件结构及其封装方法。

背景技术

电润湿：电润湿(Electrowetting，EW)是指通过改变液滴与疏水介电层之间的电压，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。电润湿显示器是一种基于电润湿原理的反射式显示装置，其通过具有不同颜色的油墨对外界的光源进行反射，从而实现全色彩的显示效果。电润湿显示器具有能耗低、色域广、高响应、高对比度、视觉健康等优点，因此被认为是未来的主流显示技术之一。近年来，显示器件可折叠与便捷性的需求日益高涨，对柔性显示器件的研究也就越来越多。而电润湿器件中像素结构所驱动的是油水等软性材料，电润湿显示器件在柔性化领域具有天然的优势和潜力。

参见图1，电润湿器件的基本结构由上下两个基板以及两个基板相对形成的密封腔中填充的两种不互溶的极性液体10’和非极性溶液9’组成，下基板包含结构有下支撑板4’、第一电极5’、疏水绝缘层(或在表面涂覆疏水材料的绝缘层)6’、像素墙7’。上基板包含结构有上支撑板1’、第二电极2’和密封胶框3’以及支撑柱结构8’。像素墙之间围成的像素格区域为显示区域，像素墙7’材料的疏水性低于疏水绝缘层6’的疏水性，并且像素墙7’对于极性液体10’和非极性溶液9’的亲疏性，使得极性液体10’在像素墙7’表面的润湿性更好，这样就可以控制非极性溶液9’填充在每个像素格内并且像素墙7’的亲水性将每个像素中的非极性液体9’隔断开。电润湿器件中所用材料一般均为透明材料，除了非极性溶液9’多为彩色不透明材料或低透光性材料，这里材料的透光性一般取决于电润湿器件的应用方向。对于上述的柔性电润湿器件结构的制备工艺是通过旋涂、丝网印刷、狭缝涂布等方法在带有第一电极5’的下支撑板4’上涂覆一层疏水绝缘层6’。然后在疏水绝缘层6’表面涂覆一层光刻胶来制备像素墙，但是由于疏水绝缘层6’表面的表面能很低并且具有很低的接触角滞后例如Teflon AF1600前进接触角124±2°，后退接触角113±2°，因此很难在疏水绝缘层6’表面涂覆一层均匀的光刻胶薄膜。目前大多数电润湿器所采用的方法是通过plasma改性的方法，改变疏水绝缘层6’表面的亲水性来使光刻胶更容易涂覆在其表面。表面改性后，疏水绝缘层6’接触角滞后增大，表面粘附性增加，更加易于光刻胶在其表面成膜。等光刻胶成膜固化、光刻、显影一系列流程完成之后，为了恢复改性后疏水绝缘层6’表面的疏水性，需要通过高温加热使疏水绝缘层6’底层新鲜的氟树脂材料回流到表面，并将表面疏水性差的氟树脂材料回流到下面，同时高温恢复表面的平整度来恢复疏水绝缘层6’表面的疏水性。

可见目前传统的电润湿器件在制备过程中都需要涉及到疏水绝缘层6’表面的改性，进而保证光刻胶更加容易涂覆在疏水层的表面形成均匀薄膜，因此像素墙7’在完成之后需要采用高温回流的方法恢复疏水绝缘层6’表面的疏水性。通过将改性后的薄膜加热到熔点以上，薄膜中低表面能的组分就从主体向表面运动，含有氧原子的组分从表面向主体运动，这就导致新鲜的疏水基团暴露在表面，疏水性恢复。然而高温回流并不能将疏水绝缘层6’的疏水性完全恢复到改性前的特性，会导致滞后角增大。这就导致了器件在打开和关闭的过程中非极性溶液9’的收缩和铺展产生问题。同时高温回流的温度较高，下支撑板4’容易受到高温影响而变形弯曲从而影响柔性电润湿显示器件的弯折性能。高温回流的操作还容易造成像素墙7’结构的变形进而影响器件的光电性能以及稳定性，像素墙7’所覆盖的疏水绝缘层表面和暴露在腔体内的疏水绝缘层6’表面的特性差异，以及像素墙7’显影过程中残留下的杂质都能造成电润湿器件的失效。

另外传统的电润湿器件为了防止器件在弯折过程中层间串流导致的器件短路问题，通常会在上支撑板1’上设置支撑柱结构8’，为保证器件性能，需上下基板精密对位实现封装，受工艺精准性的限制，容易出现支撑柱结构8’与像素墙7’错位的情况，从而影响上下基板的平整度，器件的性能稳定性以及出品率会因此受到影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电润湿显示器件结构及其封装方法，能够规避掉疏水绝缘层材料表面改性及高温回流所带来的缺陷，完全保证疏水绝缘层表面的原始特性不被破坏，以此来提高电润湿光学器件的可靠性。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种电润湿显示器件结构，包括相对设置的上基板和下基板，所述上基板沿着朝向所述下基板的方向依次包括第一基板、第一电极和导电像素墙，所述导电像素墙围成像素格，所述下基板沿着朝向所述上基板的方向依次包括第二基板、第二电极和疏水绝缘层，所述上基板与所述下基板之间形成调节区，所述调节区内填充有互不相溶的极性液体和非极性液体，所述导电像素墙的端部伸入至所述非极性液体中。

上述疏水绝缘层可以是单层，例如由具有疏水绝缘性的材料形成；也可以由绝缘层上设置疏水层构成，例如在绝缘层上涂覆疏水性材料。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构，所述第一基板和所述第二基板为柔性基板。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构，所述上基板与所述下基板之间设置有密封胶框。在一些实施例中，密封胶框为柔性密封胶框。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构，所述密封胶框的材料为压敏胶。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构，所述第一电极和所述第二电极连接有电源组件。连接电源组件的方式可以是第一电极和第二电极分别独立地连接不同的电源组件，通过控制连接第一电极的电源组件，来控制第一电极的开关状态，进而控制与第一电极连接的导电像素墙，通过控制连接在第二电极的电源组件，来控制第二电极的开关状态，进而控制疏水绝缘层的润湿性，从而实现像素的开关；也可以是通过在同一电源组件的电路中实现对第一电极和第二电极的分别控制，进而实现对器件的驱动。

本发明的第二方面，提供上述的电润湿显示器件结构的封装方法，包括以下步骤：

取上基板，在所述像素格内填充极性液体；

在所述极性液体的上方填充非极性液体，所述非极性液体的液面高度高于所述导电像素墙的高度；

取下基板，在所述下基板上设置密封胶框，所述密封胶框具有开口，将所述下基板盖在所述上基板的上方；

对所述下基板施加压力，使得多余的非极性液体从所述开口处流出；

密封所述开口。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构的封装方法，对所述下基板施加压力的过程包括：先对所述下基板的中心区域施加第一压力，然后对所述下基板的四周区域施加第二压力，所述第一压力大于所述第二压力。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构的封装方法，在所述极性液体上方填充非极性液体的步骤之前，还包括挥发部分极性液体的步骤。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构的封装方法，挥发部分极性液体的方式为加热、真空蒸发、加入挥发性溶剂挥发中的任一种。

根据本发明的一些实施例的电润湿显示器件结构的封装方法，所述挥发性溶剂包括乙二醇、甲醇中的至少一种。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种电润湿显示器件结构，取消了传统的在疏水绝缘层上构建像素墙结构的方式，避免了高温回流对基板的影响，疏水绝缘层在成膜固化后不需要再进行表面改性和恢复处理，完全保证疏水绝缘层表面的原始特性不被破坏，保持了疏水绝缘层表面的疏水特性，使疏水绝缘层表面滞后角保持最小，有利于电润湿器件像素打开和关闭过程，提高了电润湿光学器件的可靠性，同时通过导电像素墙和电极进行非极性溶液的分离和收缩，解决像素墙结构构建在疏水绝缘层表面破坏了其原有特性所带来的器件失效风险。并且由于本发明实施例将导电像素墙设置在上基板上，没有破坏疏水绝缘层的表面结构，因而不会因为导电像素墙的显影过程残留杂质在疏水绝缘层的表面，降低了器件的失效风险。此外，本发明实施例的电润湿显示器件结构中导电像素墙与第一电极直接相连，利用第一电极通电，使得导电像素墙能够自由切割非极性液体，导电像素墙同时还起到了支撑柱的作用，代替了传统的电润湿器件中的像素墙和支撑柱结构，避免了传统的电润湿器件需要像素墙与支撑柱结构精准对位以及支撑柱结构与像素墙错位带来的弯折稳定性影响的问题，本发明无需精密对位就可实现贴合封装，可以实现自支撑，提高器件的弯折性能和出品率，在可柔性化方面具有一定优势，另外开启第一电极能够使得非极性液体分离，非极性液体收缩减少了一定的铺展面积，因而下基板的第二电极所需要的的施加电压的阈值会相应减小，一定程度上降低了门槛电压，实现器件的更快速响应。

附图说明

图1为传统电润湿器件的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的电润湿显示器件结构示意图；

图3为电润湿显示器件结构中上基板的第一电极打开状态下非极性液体分离示意图；

图4为电润湿显示器件结构中下基板的第二电极打开状态下非极性液体收缩示意图；

图5为电润湿显示器件结构的像素打开过程的示意图；

图6为极性液体和非极性液体的填充示意图；

图7为下基板的密封胶框的设置示意图；

图8为上基板和下基板进行封装的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思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。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图2，示出了本发明第一实施例的电润湿显示器件结构，包括上基板10和下基板20。上基板10沿着朝向下基板20的方向依次包括第一基板11、第一电极12和导电像素墙13，本实施例中第一基板11为柔性基板，柔性基板可以例举的有PEN(聚苯二甲酸乙二醇酯)或柔性玻璃，第一电极12为ITO电极，导电像素墙13围成像素格，导电像素墙13选用导电光刻胶制成，导电像素墙13作为像素电极与第一电极12直接导通。下基板20沿着朝向上基板10的方向依次包括第二基板21、第二电极22和疏水绝缘层23，本实施例中第二基板21为柔性基板，第二电极22为ITO电极。上基板10和下基板20之间形成调节区，调节区中填充有互不相溶的极性液体30和非极性液体40，导电像素墙13的端部14伸入至非极性液体40中，但未与下基板20的疏水绝缘层23接触，即导电像素墙13与疏水绝缘层23之间存在间距，并且间距小于非极性液体40的平均厚度，导电像素墙13的端部14与疏水绝缘层23之间形成了非极性液体区域41。在通电状态下，导电像素墙13(具有一定的亲水性)因等电势体的特性，使得施加在其下方较薄的非极性液体区域41承受更大的电场强度，导致该非极性液体区域41的非极性液体优先破裂而运动，从而实现显示像素分割的效果参照图3，示出了电润湿显示器件结构中上基板的第一电极打开状态下非极性液体分离示意图，第一电极12打开状态下(即通电时)，导电像素墙13下方较薄的非极性液体区域41处的非极性液体破裂而分离，同时导电像素墙13还对器件的上下基板起到支撑作用以避免器件塌陷，并且非极性液体40由于电场实现提前分割，减少了非极性液体40收缩所需的阈值电压，降低了像素开启的门槛电压，从而提高了器件响应速度。参照图4，示出了电润湿显示器件结构中下基板的第二电极打开状态下非极性液体收缩示意图，第二电极22打开状态下(即通电时)，第二电极22被施予一定电压，根据电润湿原理，电压引起表面张力的变化，非极性液体40被推向一遍，从而实现光学开关。

上述电润湿显示结构的驱动方式为：第一电极12与导电像素墙13连接，直接通过第一电极12来影响导电像素墙13的电场情况，参见图5，示出了电润湿显示结构的像素打开过程。当未施加电压情况下，结合图2，第一电极12和第二电极22处于像素关闭状态，非极性液体40处于铺展状态。当施加电压给第一电极12后，第一电极12处于打开状态，结合图3，导电像素墙13表面润湿性改变，导电像素墙13的底端电场变强，极性液体30往导电像素墙13底端的非极性液体区域41处聚集，从而使得非极性液体40破裂。非极性液体40破裂而分离后，给第二电极22施加一定的驱动电压，结合图4，下基板20的疏水绝缘层23润湿性发生改变导致的表面张力改变，使得非极性液体40收缩，从而实现电润湿光学开关。当完成像素的打开过程知乎，撤掉第二电极22的电压，此时疏水绝缘层23的疏水性恢复，非极性液体40重新铺展，像素区域关闭，最后撤掉第一电极12的电压，此时导电像素墙13的润湿性恢复，非极性液体40重新铺展，填满了非极性液体区域41，像素实现关闭。

本发明实施例还提供上述电润湿显示结构的封装方法，包括以下步骤：

(1)制备上基板10：在第一基板11上制备第一电极12，电极成膜技术在工业生产中广泛应用，在此不做赘述。在第一电极12表面涂覆一层光刻胶材料制备导电像素墙13，涂覆方式包含但不限于狭缝涂布、旋涂、丝网印刷、柔性印刷等方法，经过热固化之后在光刻胶表面覆盖一个掩膜版，通过紫外光进行曝光，最后通过显影得到导电像素墙13，导电像素墙围成像素格。

将上基板10倒置(具有导电像素墙13的一侧朝上)，在导电像素墙13围成的像素格内填充极性液体30，本实施例中极性液体30为极性电解质溶液，填充后的极性液体30的水平高度低于导电像素墙13的高度，以便于后续填充非极性液体40。

(2)参见图6，继续在极性液体30的上方填充非极性液体40，非极性液体40的水平高度要高于导电像素墙13的高度，确保非极性液体40的容量对于电润湿显示结构是足够的。

(3)制备下基板20：采用现有的手段在第二基板21上制备第二电极22，疏水绝缘层23通过旋涂、浸涂、丝网印刷、柔性印刷等方法将疏水材料溶液涂覆在第二电极22的表面，最后在高温环境下进行固化。

填充非极性液体40后需要将下基板20盖在上基板10上面完成封装过程，封装的过程中需要注意的问题是如何避免残留气泡在电润湿显示结构中。针对此问题本发明实施例提出如下方式：

参见图7，在下基板20的疏水绝缘层上设置密封胶框50，密封胶框50的材料可采用压敏胶材料，密封胶框50留有至少一个开口51，如图6所示是在4个不同位置留有开口51，目的是在封装过程中可以让多余的非极性液体通过开口51流出；

参见图8，然后将下基板20盖在上基板10的上方，将上基板10和下基板20保持水平放置，然后对下基板20施加压力，多余的非极性液体40从密封胶框50的开口处流出，然后用紫外丙烯酸酯等封装胶材料密封开口，最后压合干燥完成整个器件的封装。

在一些实施例中，对下基板20施加压力的过程为：先对下基板20的中心区域施加较大的第一压力61，下基板20由于受力不均匀，中心区域会先接触非极性液体40，然后给下基板20的四周区域施加较小的第二压力62，下基板20形变较小，与非极性液体40的接触面积增大，多余的非极性液体40通过密封胶框50的开口流出。等下基板20完全接触非极性液体40后，用紫外丙烯酸酯等密封开口，最后压合干燥完成整个器件的封装。

在一些实施例中，步骤(1)中通过挥发部分极性液体的方式，使得填充后的极性液体30的水平高度低于导电像素墙13的高度。挥发部分极性液体的方式包含但不限于加热、真空蒸发、加入挥发性溶剂挥发，由于挥发过程是在整个液面上同时进行，所以挥发掉部分极性液体时，整个液面还是水平的。其中加入挥发性溶剂挥发的方式，例如可以通过在极性电解质溶液中添加部分乙二醇或甲醇等挥发性比极性电解质溶液高的有机溶剂，在极性电解质溶液挥发不剧烈的情况下挥发掉有机成分，此种方式可以通过控制加入的挥发性溶剂的含量来精准控制液面下降量，等挥发过程完成后，不会残留有机成分在极性电解质溶液中。

Claims (10)

1.一种电润湿显示器件结构，其特征在于，包括相对设置的上基板和下基板，所述上基板沿着朝向所述下基板的方向依次包括第一基板、第一电极和导电像素墙，所述导电像素墙围成像素格，所述下基板沿着朝向所述上基板的方向依次包括第二基板、第二电极和疏水绝缘层，所述上基板与所述下基板之间形成调节区，所述调节区内填充有互不相溶的极性液体和非极性液体，所述导电像素墙的端部伸入至所述非极性液体中。

2.根据权利要求1所述的电润湿显示器件结构，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板为柔性基板。

3.根据权利要求1所述的电润湿显示器件结构，其特征在于，所述上基板与所述下基板之间设置有密封胶框。

4.根据权利要求3所述的电润湿显示器件结构，其特征在于，所述密封胶框的材料为压敏胶。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电润湿显示器件结构，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极连接有电源组件。

6.一种权利要求1至5任一项所述的电润湿显示器件结构的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

取上基板，在所述像素格内填充极性液体；

在所述极性液体的上方填充非极性液体，所述非极性液体的液面高度高于所述导电像素墙的高度；

取下基板，在所述下基板上设置密封胶框，所述密封胶框具有开口，将所述下基板盖在所述上基板的上方；

对所述下基板施加压力，使得多余的非极性液体从所述开口处流出；

密封所述开口。

7.根据权利要求6所述的电润湿显示器件结构的封装方法，其特征在于，对所述下基板施加压力的过程包括：先对所述下基板的中心区域施加第一压力，然后对所述下基板的四周区域施加第二压力，所述第一压力大于所述第二压力。

8.根据权利要求6所述的电润湿显示器件结构的封装方法，其特征在于，在所述极性液体上方填充非极性液体的步骤之前，还包括挥发部分极性液体的步骤。

9.根据权利要求8所述的电润湿显示器件结构的封装方法，其特征在于，挥发部分极性液体的方式为加热、真空蒸发、加入挥发性溶剂挥发中的任一种。

10.根据权利要求9所述的电润湿显示器件结构的封装方法，其特征在于，所述挥发性溶剂包括乙二醇、甲醇中的至少一种。

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