CN113064270A - 一种电润湿显示器件制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电润湿显示器件制备方法，解决了传统利用高温回流制备电润湿光学器件的方法对器件产生的不利影响的问题，制备的电润显示器件包括:下基板、第一电极、疏水绝缘层、像素墙、密封胶围栏、第二电极、上基板、非极性电解质液体、极性液体及微柱结构，为避免应用高温回流工艺，本发明提出采用疏水功率改性和亲水功率改性两个过程配合，利用亲水功率改性过程替代疏水绝缘层的高温回流过程，除克服高温回流工艺对显示器件材料的不利影响，避免疏水绝缘层的介电性能降低以及像素墙坍塌、像素墙精度降低的现象发生外，还能有效去除像素墙制备过程中的杂质，引导非极性液体朝向固定方向运动，保证电润湿显示器的性能。

Description

一种电润湿显示器件制备方法

技术领域

本发明涉及电润湿显示的技术领域，更具体地，涉及一种电润湿显示器件制备方法。

背景技术

润湿是指固体表面上一种流体取代另一种与之不相容的流体。液体与固体接触时，当液体的附着层内聚力大于附着力时，将沿着固体表面收缩，称之为不润湿；反之当液体附着层内聚力小于附着力时，将沿着固体表面铺展，称之为润湿。电润湿显示技术(Electro Wetting Display,EWD)是一种通过调节电压控制显示器件内部液体的润湿性，以实现显示器像素区域明暗变化的技术。

电润湿显示器件的基本结构包括电极结构和流体腔室两部分，如图1所示，其中，电极结构部分主要包括下基板(玻璃、不锈钢或聚酰亚胺耐高温薄膜等)1，第一电极2，疏水绝缘层3，像素墙4，密封胶围栏7，第二电极8，上基板(玻璃、不锈钢或聚酰亚胺耐高温薄膜等)9；流体腔室内部包含极性液体(水或盐溶液等)6和非极性液体(烷烃等)5，两种液体直接接触但不可互溶。非极性液体5均匀的填充在由像素墙4围成的像素格内，由于像素墙4材料的亲水性，相邻格的非极性溶液5被像素墙4隔断，极性液体6覆盖在像素墙4和非极性溶液5上方，并形成连续相，同时极性液体6与第一电极8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，极性液体6在疏水绝缘层3表面上的润湿性发生变化，由疏水状态变为亲水状态，润湿疏水绝缘层3表面，非极性溶液5被推挤到像素格内一角，实现打开状态。当撤掉电压时候，极性液体6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。

疏水绝缘层作为电润湿显示器件的关键组成部分，具有较强的疏水性，在一定电压值的作用下可以实现对极性液体接触角的控制，调控固液接触面的面积。由于疏水特性，疏水绝缘层表面难以直接实现像素墙结构的制造，因此在一般疏水绝缘层的制造工艺中，需要首先通过旋涂或印刷的方法将材料涂敷在导电基板表面，然后采用反应离子蚀刻等手段使得对疏水绝缘层表面进行处理，使得绝缘层表面呈现亲水性，随后再进行像素墙结构的制造。然后通过加热的方式使表面产生回流过程，从而再次实现绝缘层表面的疏水特性，恢复绝缘层的疏水性能成为制备电润湿显示器件中一个重要的步骤，但高温使表面回流的同时，光刻胶形成的像素墙结构会发生热膨胀、坍塌等，影响像素墙精度，降低电润湿显示器件显示效果，而且高温处理工艺限制了柔性电润湿显示器件的基板选择，只能选用耐高温但透光性较弱的聚酰亚胺耐高温薄膜，使得制作材料受限。此外，由于电润湿显示像素单元的四个角对称分布，施加电压后，非极性液体5可随机朝向某个方向移动，影响像素单元的一致性，降低电润湿显示器件的显示效果。

2016年11月22日，中国发明专利(公开号：CN106773013A)中公开了一种电润湿光学器件及制备方法，利用支撑性非极性溶液收聚桩代替传统像素墙，避免了传统利用高温回流恢复疏水绝缘层表面的疏水性的方式，又能使疏水绝缘层表面滞后角保持最小，但引入的支撑性非极性溶液收聚桩属于新结构，因此，延长了除标准工艺周期之外的制备周期。

发明内容

为解决传统制备电润湿光学器件的方法显示效果差的问题，本发明提出一种电润湿显示器件制备方法，避免使用高温工艺的方式，降低工艺制程温度限制，提高显示效果，操作简单，缩短了制备周期。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种电润湿显示器件制备方法，所述方法制备的电润湿显示器件包括：下基板、第一电极、疏水绝缘层、像素墙、密封胶围栏、第二电极、上基板、非极性电解质液体、极性液体及微柱结构，所述制备方法至少包括以下步骤：

S1.选定下基板，在下基板的上表面上制备第一电极，收集用于制备疏水绝缘层的溶液，将溶液均匀地涂布在带有第一电极的下基板的上表面，并进行热固化处理，形成疏水绝缘层；

S2.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性，降低疏水绝缘层表面接触角，疏水绝缘层表面变为亲水性；

S3.利用光刻技术制备像素墙，将非极性液体均匀填充在由像素墙围成的像素格内，将极性液体覆盖在像素墙和非极性溶液的上方；

S4.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性，提高疏水绝缘层表面接触角，疏水绝缘层表面恢复疏水性，形成微结构，完成背板制作；

S5.选定上基板，在上基板的下表面上制备第二电极，在第二电极表面利用掩膜版制备若干个微柱结构，并在上基板的下表面添加密封胶围栏，最后将上基板沿密封胶围栏的方向与下基板对位压合，将微柱结构固定在像素格内，微柱结构另一端连接第一电极的表面，从而将非极性液体和极性液体封装。

优选地，步骤S2所述利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性时的功率范围为5W～20W。

在此，所述疏水功率改性是指将疏水绝缘层表面的疏水性变为亲水性，在反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性时，刻蚀功率较低，且处理时间较短时，疏水绝缘层表面的碳-氟键断裂，起到疏水作用的氟原子失去作用，因此疏水绝缘层表面变为亲水性，低功率维持在几瓦至十几瓦之间的范围，功率维持在一定范围内，才能使疏水绝缘层表面的接触角发生转变，而且转变效果较好。

优选地，设疏水绝缘层表面接触角表示为θ，疏水绝缘层表面进行疏水功率改性后，疏水绝缘层表面接触角降低，疏水绝缘层表面接触角满足范围：

θ≤95°。

在此，在使用低功率刻蚀后，疏水绝缘层表面接触角降低，在满足不超过95°时，可提高后续光刻胶材料在其表面的润湿性，使得光刻胶材料能够在疏水绝缘层表面成膜并提高在其表面的粘附力，而且便于像素墙的制备。

优选地，步骤S3所述的利用光刻技术制备像素墙的过程包括：

S31.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在疏水绝缘层的表面；

S32.对已经涂布在疏水绝缘层表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S33.进行曝光操作：设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，形成像素墙图案；

S34.进行中烘操作，进一步固化；

S35.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移像素墙图案；

S36.进行后烘操作：蒸发溶剂固化光刻胶材料。

优选地，步骤S3所述的利用光刻技术制备像素墙的过程在黄光环境下完成，提高像素墙制备的可靠性。

优选地，步骤S4所述利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性的功率大于100W。

在此，所述亲水功率改性是指将疏水绝缘层表面的亲水性变为疏水性，在反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性时，刻蚀功率较高，利用高功率刻蚀，疏水绝缘层表面出现微结构，在微结构作用下，疏水绝缘层表面呈现疏水性特征，高功率维持在100W以上，功率维持在一定范围，才能使疏水绝缘层表面的接触角发生转变，而且转变效果较好，此外，所述亲水功率改性的过程还可以有效的去除像素墙制备过程中的残留杂质。

优选地，对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性后，疏水绝缘层表面接触角提高，疏水绝缘层表面接触角满足范围为：θ≥115°，此时表现的疏水特性较佳，满足电润湿显示器件的显示要求。

优选地，步骤S5所述在第二电极表面利用掩膜版制备若干个微柱结构的过程为：

S51.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在第二电极的表面；

S52.前烘：对已经涂布在第二电极表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S53.设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，基于掩膜版形成微柱结构图案；

S54.进行中烘操作，进一步固化；

S55.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移微柱结构图案；

S56.进行后烘操作：蒸发溶剂以固化光刻胶材料，使光刻胶和微柱结构衬底表面粘结；

S57.微柱结构表面微柱疏水绝缘层涂层制作：在微柱结构表面浸沾微柱疏水绝缘层11；所述表面浸沾微柱疏水绝缘层的微柱结构通过电压改变其表面润湿状态。

在此，制备微柱结构且微柱结构固定在像素格内，通过电压改变其表面润湿状态(亲水或疏水)，可以起到引导非极性液体朝向固定方向运动的效果，使像素单元开启方向一致，从而增强显示效果。

优选地，所述涂布方法包括：丝网印刷、旋涂、刮涂及狭缝涂布。

优选地，所述第一电极及第二电极采用ITO导电层或透明导电层。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)本发明提出的电润湿显示器件制备方法采用疏水功率改性和亲水功率改性两个过程，利用亲水功率改性过程替代疏水绝缘层的高温回流过程，克服高温回流工艺对显示器件材料的不利影响，避免疏水绝缘层的介电性能降低以及像素墙坍塌、像素墙精度降低的现象发生。

(2)本发明提出的电润湿显示器件制备方法利用亲水功率改性过程替代高温回流过程，能有效去除像素墙制备过程中的杂质，保证后续电润湿显示器的性能。

(3)本发明提出的电润湿显示器件制备方法在疏水绝缘层由亲水性恢复疏水性时，仅需一次亲水功率改性的刻蚀操作，不需要新增其它结构，工艺简单，操作便捷，缩短了电润湿显示器的制备周期。

(4)本发明提出的电润湿显示器件制备方法降低了耐温限制条件，可推广应用于其它显示器件的制备，如柔性显示器件。

(5)本发明提出的电润湿显示器件制备方法还在第二电极表面制备了微柱结构，并将微柱结构固定在像素格内部，通过电压改变其表面润湿状态，可以起到引导非极性液体朝向固定方向运动的作用，使像素墙像素单元开启方向一致，增强显示效果。

附图说明

图1表示传统电润湿显示器件的基本结构图；

图2表示本发明实施例中提出的电润湿显示器件制备方法的流程图；

图3表示在下基板的上表面上制备第一电极并涂布疏水绝缘层的过程图；

图4表示对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性刻蚀的过程图；

图5表示对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性后的疏水绝缘层表面接触角的示意图；

图6表示利用光刻技术制备像素墙的过程图；

图7表示对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性刻蚀的过程图；

图8表示对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性后的疏水绝缘层表面接触角的示意图；

图9表示在上基板的下表面上制备第二电极，在第二电极表面利用掩膜版制备若干个微柱结构的过程图；

图10表示电润湿显示器件制备完成时上基板沿密封胶围栏的方向与下基板对位压合图；

图11表示制备微柱结构时利用的掩膜版的结构示意图；

图12表示电润湿显示器件像素单元内无微柱结构时的开启状态图；

图13表示电润湿显示器件像素单元内存在微柱结构时的亲水状态效果图；

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图2所示的一种电润湿显示器件制备方法的流程图，制备的电润湿显示器件包括：下基板、第一电极、疏水绝缘层、像素墙、密封胶围栏、第二电极、上基板、非极性电解质液体、极性液体及微柱结构，参见图2，所述制备方法包括：

S1.在下基板1的上表面上制备第一电极2，收集用于制备疏水绝缘层3的溶液，将溶液均匀地涂布在带有第一电极2的下基板1的上表面，并进行热固化处理；在本实施例中，下基板1的选定以及制备第一电极2是采用标准化的制备方法，本步骤执行后得到的结构如图3所示，A表示疏水绝缘层的疏水面微结构。

S2.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行疏水功率改性，降低疏水绝缘层3表面接触角，疏水绝缘层表面变为亲水性；此过程属于第一次刻蚀处理，过程图如图4所示，利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行疏水功率改性时的功率范围为5W～20W，疏水功率改性是指将疏水绝缘层3表面的疏水性变为亲水性，在反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行疏水功率改性时，刻蚀功率较低，且处理时间较短时，疏水绝缘层3表面的碳-氟键断裂，起到疏水作用的氟原子失去作用，因此疏水绝缘层3表面变为亲水性，B表示疏水绝缘层的亲水面微结构，低功率维持在几瓦至十几瓦之间的范围，功率维持在一定范围内，才能使疏水绝缘层3表面的接触角发生转变，而且转变效果较好；

设疏水绝缘层表面3接触角表示为θ，疏水绝缘层3表面进行疏水功率改性后，疏水绝缘层3表面接触角降低，疏水绝缘层3表面接触角满足范围：

θ≤95°。

在本实施例中，经第一次刻蚀(对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性刻蚀)后的疏水绝缘层3表面接触角的示意图如图5所示，在使用低功率刻蚀后，疏水绝缘层3表面接触角降低，本实施例中，接触角为92.2°，在满足不超过95°时，可提高后续光刻胶材料在其表面的润湿性，使得光刻胶材料能够在疏水绝缘层3表面成膜并提高在其表面的粘附力，而且便于后续像素墙4的制备。

S3.参见图6，利用光刻技术制备像素墙4，将非极性液体5均匀填充在由像素墙4围成的像素格内，将极性液体6覆盖在像素墙4和非极性溶液5的上方；

所述的利用光刻技术制备像素墙4的过程在黄光环境下完成，以提高像素墙制备的可靠性，所述过程包括：

S31.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在疏水绝缘层3的表面；

S32.对已经涂布在疏水绝缘层3表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S33.进行曝光操作：设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，形成像素墙图案；

S34.进行中烘操作，进一步固化；

S35.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移像素墙图案；

S36.进行后烘操作：蒸发溶剂固化光刻胶材料。

S4.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行亲水功率改性，提高疏水绝缘层3表面接触角，疏水绝缘层3表面恢复疏水性，形成微结构，完成背板制作；此过程属于第二次刻蚀处理，过程图如图7所示，第二次刻蚀处理过程与第一次刻蚀处理过程共同组成二次离子刻蚀法，亲水功率改性是指将疏水绝缘层3表面的亲水性变为疏水性，B1表示亲水性变为疏水性的疏水表面微结构，在反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行亲水功率改性时，刻蚀功率较高，在本实施例，利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层3表面进行亲水功率改性的功率大于100W，利用高功率刻蚀，疏水绝缘层3表面出现微结构，高功率维持在100W以上，如图8所示，对疏水绝缘层3表面进行亲水功率改性后，疏水绝缘层3表面接触角提高，疏水绝缘层3表面接触角满足范围为：θ≥115°，在本实施例中，为115.4°，此时表现的疏水特性较佳，满足电润湿显示器件的显示要求，因此同理，在第二次刻蚀处理过程中，功率维持在一定范围，才能使疏水绝缘层表面的接触角发生转变，而且转变效果较好，此外，所述亲水功率改性的过程还可以有效的去除像素墙制备过程中的残留杂质。

S5.如图9所示，选定上基板9，在上基板9的下表面上制备第二电极8，在第二电极8表面利用掩膜版制备若干个微柱结构10，并在上基板9的下表面添加密封胶围栏7，最后将上基板9沿密封胶围栏7的方向与下基板1对位压合，将微柱结构10固定在像素格内，微柱结构1另一端连接第一电极2的表面，从而将非极性液体和极性液体封装，完成封装图如图10所示。

所述在第二电极8表面利用掩膜版制备若干个微柱结构的过程为：

S51.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在第二电极的表面；

S52.前烘：对已经涂布在第二电极表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S53.设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，基于掩膜版形成微柱结构图案；其中掩膜版的结构图如图11所示；

S54.进行中烘操作，进一步固化；

S55.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移微柱结构图案；

S56.进行后烘操作：蒸发溶剂以固化光刻胶材料，使光刻胶和微柱结构衬底表面粘结；

S57.微柱结构表面微柱疏水绝缘层涂层制作：在微柱结构表面浸沾微柱疏水绝缘层11；所述表面浸沾微柱疏水绝缘层的微柱结构通过电压改变其表面润湿状态。

制备微柱结构且微柱结构固定在像素格内，由于电润湿显示像素单元的四个角对称分布，施加电压后非极性液体可随机朝向某个方向移动，影响像素单元的一致性，降低显示效果，图12表示传统电润湿显示器件无微柱结构时的开启状态图，而微柱结构10表面在第一电极2和第二电极8之间施加电压时，微柱疏水绝缘层11表现为亲水状态，非极性液体会被推挤到远离微柱结构10的一角，状态图如图13所示，因此，微柱结构10的存在可以引导非极性液体朝向固定方向运动，使像素单元开启方向一致，从而增强显示效果。

在本实施例中，所述涂布方法包括：丝网印刷、旋涂、刮涂及狭缝涂布，所述第一电极2及第二电极8采用透明导电层，也能采用ITO导电层。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电润湿显示器件制备方法，其特征在于，所述方法制备的电润湿显示器件包括：下基板、第一电极、疏水绝缘层、像素墙、密封胶围栏、第二电极、上基板、非极性电解质液体、极性液体及微柱结构，所述制备方法至少包括以下步骤：

S1.选定下基板，在下基板的上表面上制备第一电极，收集用于制备疏水绝缘层的溶液，将溶液均匀地涂布在带有第一电极的下基板的上表面，并进行热固化处理，形成疏水绝缘层；

S2.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性，降低疏水绝缘层表面接触角，疏水绝缘层表面变为亲水性；

S3.利用光刻技术制备像素墙，将非极性液体均匀填充在由像素墙围成的像素格内，将极性液体覆盖在像素墙和非极性溶液的上方；

S4.利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性，提高疏水绝缘层表面接触角，疏水绝缘层表面恢复疏水性，形成微结构，完成背板制作；

S5.选定上基板，在上基板的下表面上制备第二电极，在第二电极表面利用掩膜版制备若干个微柱结构，并在上基板的下表面添加密封胶围栏，最后将上基板沿密封胶围栏的方向与下基板对位压合，将微柱结构固定在像素格内，微柱结构另一端连接第一电极的表面，从而将非极性液体和极性液体封装。

2.根据权利要求1所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，步骤S2所述利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行疏水功率改性时的功率范围为5W～20W。

3.根据权利要求2所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，设疏水绝缘层表面接触角表示为θ，疏水绝缘层表面进行疏水功率改性后，疏水绝缘层表面接触角降低，疏水绝缘层表面接触角满足范围：

θ≤95°。

4.根据权利要求1所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，步骤S3所述的利用光刻技术制备像素墙的过程包括：

S31.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在疏水绝缘层的表面；

S32.对已经涂布在疏水绝缘层表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S33.进行曝光操作：设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，形成像素墙图案；

S34.进行中烘操作，进一步固化；

S35.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移像素墙图案；

S36.进行后烘操作：蒸发溶剂固化光刻胶材料。

5.根据权利要求4所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，步骤S3所述的利用光刻技术制备像素墙的过程在黄光环境下完成。

6.根据权利要求3所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，步骤S4所述利用反应离子刻蚀机对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性的功率大于100W。

7.根据权利要求6所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，对疏水绝缘层表面进行亲水功率改性后，疏水绝缘层表面接触角提高，疏水绝缘层表面接触角满足范围为：

θ≥115°。

8.根据权利要求7所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，步骤S5所述在第二电极表面利用掩膜版制备若干个微柱结构的过程为：

S51.采集光刻胶材料，将光刻胶材料均匀地涂布在第二电极的表面；

S52.前烘：对已经涂布在第二电极表面的光刻胶材料进行前烘操作，去除光刻胶材料中的部分溶剂；

S53.设定图形，将图形转移到光刻胶材料图层，基于掩膜版形成微柱结构图案；

S54.进行中烘操作，进一步固化；

S55.进行显影操作：溶解并去除不需要的光刻胶材料，转移微柱结构图案；

S56.进行后烘操作：蒸发溶剂以固化光刻胶材料，使光刻胶和微柱结构衬底表面粘结；所述微柱结构通过加压被处理为亲水状态或疏水状态；

S57.微柱结构表面微柱疏水绝缘层涂层制作：在微柱结构表面浸沾微柱疏水绝缘层；所述表面浸沾微柱疏水绝缘层的微柱结构通过电压改变其表面润湿状态。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，所述涂布方法包括：丝网印刷、旋涂、刮涂及狭缝涂布。

10.根据权利要求9所述的电润湿显示器件制备方法，其特征在于，所述第一电极及第二电极采用ITO导电层或透明导电层。

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