CN210005795U - 一种基于导电柱的电润湿显示器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于导电柱的电润湿显示器件，所述电润湿显示器件包括相对设置的上导电基板和下导电基板，所述下导电基板上设置有像素墙，所述像素墙围成像素格，所述上导电基板或所述像素格内设置有导电柱，所述导电柱的表面呈疏油性。本实用新型在电润湿显示器件中引入导电柱结构从而产生对应的电场，改变了原有平行板间均匀电场的分布情况，在较低电压下即可达到所需电场强度实现像素开关，并且由于导电柱的表面呈疏油性，能够实现像素格内油墨破裂位置的统一可控，且更加易于加工推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及电润湿显示技术领域，尤其是涉及一种基于导电柱的电润湿显示器件。
背景技术
电润湿显示具有低能耗、高反射率、高对比度、响应速度快、可视角广等特点，且显示效果不收板件间隙影响在柔性显示屏的开发上深具潜力，与现有显示技术相比表现出巨大的优势，有望取代现有液晶显示屏，成为下一代主流显示器。电润湿显示器件最早是由R.A.Haye等所在的飞利浦公司实现(参见文献：Hayes R A,Feenstra B J.Video-speedelectronic paper based on electrowetting[J].Nature,2003,425(6956):383-385)。参见图1，该显示器件的光学层叠结构由白色反射基板11、透明电极12、疏水介电层13、彩色油墨14和水15组成。在未加电的平衡态，由于yo,w+yo,i<yw,i,其中y为界面张力，下标O、W、i分别代表油墨、水和疏水介电层，彩色油墨在疏水介电层与水之间形成连续铺展膜(图1中a所示)；施加电场能打破原系统的能量平衡，水将取代油墨与介电层表面形成润湿接触，即光学上推动油墨的收缩，露出白色背板(图1中b所示)。
参见图2，由Young-Lippmann方程
知，(其中Yas,Ysw,Yaw分别为空气和介电层、介电层和水、空气和水的界面张力，θY为介电层和水的接触角。给装置施加一定电压时，电荷注入到水中，并与介电层接触，每个单位面积上的静电力
ε和d分别为介电常数和介电层厚度。静电力破坏了原有的界面平衡，水和介电层的界面接触角减小到θv使系统重新达到平衡。撤去电压，电荷释放完全，液滴将恢复初始接触角。液滴的三相接触角随外加电压绝对值的增大而变小，与介电层的厚度、介电常数以及气液相的张力系数都有关系，与电压极性无关(参考文献：Yang S.Highly Reflective Multi-stableElectrofluidic Display Pixels[J].Dissertations&Theses-Gradworks,2012)。
电润湿显示器件通常由相对设置的上下导电基板、设置在下导电基板上的介电层、设置在介电层上的像素墙和填充在上下导电基板之间的油墨和水构成，其实质相当于一个平行板电容器，可以从改善介电层的厚度、介电常数、气液相的张力系数以及器件结构等入手来达到降低驱动电压的目的。参见图3和图4，图3表示未施加电压时像素呈关闭状态，图4表示施加电压后发生的油墨翻墙现象，传统的电润湿显示器件工作时，一方面，高的驱动电压易造成介电层的击穿，使电润湿显示器件的使用寿命大打折扣；另一方面，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，且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，但该方法工艺繁琐而且容易使材料受到污染影响电润湿显示器件的显示性能。专利文献CN108572444A公开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，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，改进了显示器的显示效果，但是无法同时实现驱动电压的降低的目的，而高的驱动电压易造成介电层的击穿，使电润湿显示器件的使用寿命大打折扣，器件可靠性问题依旧没有得到有效解决。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于导电柱的电润湿显示器件，该电润湿显示器件在较低电压下即可达到所需电场强度实现像素开关，并且能够实现像素格内油墨破裂位置的统一可控，易于加工推广。
本实用新型所采取的技术方案是：
本实用新型提供了一种基于导电柱的电润湿显示器件，包括相对设置的上导电基板和下导电基板，所述下导电基板上设置有像素墙，所述像素墙围成像素格，所述上导电基板或所述像素格内设置有导电柱，所述导电柱的表面呈疏油性。
在一些优选的实施例中，所述导电柱位于所述像素格内，所述像素格内填充有油墨，所述导电柱的高度低于所述油墨的厚度，导电柱位于油膜之下1～2μm，不影响器件的显示效果。在一些优选的实施例中，导电柱的高度2～3μm，油膜厚度根据填充效果在4～5μm。
在一些优选的实施例中，所述导电柱位于所述像素格的中心或者对准所述像素格的中心区域。
在一些优选的实施例中，所述导电柱对应像素格一侧的底面积为像素格面积的1％～5％，具有较好的器件显示效果和良好的助油膜破裂效果。
在一些优选的实施例中，所述导电柱位于每一个像素格内或对准每一个像素格。导电柱位于每一个像素格内或者导电柱位于上导电基板上对准每一个像素格的位置，能够实现在每一个像素格内产生对应的电场，更利于在较低电压下达到所需电场强度实现像素开关。
在一些优选的实施例中，所述导电柱的材料为导电光刻胶，或者所述导电柱的表面覆有金属材料。所述金属材料包括纯金属和金属合金。
在进一步优选的实施例中，所述导电柱为金属导电柱，或者所述导电柱包括柱形结构和覆在所述柱形结构上的金属材料。即为实现导电柱的表面覆有金属材料，可直接通过喷墨打印等方式将金属材料制备形成金属导电柱；也可以通过使用非导电的光刻胶先制备形成柱形结构再通过热蒸镀等方式将金属材料如Cu、Ag等电极材料蒸镀在柱形结构的表面制备形成导电柱，此处的柱形结构使用导电或者不导电的材料均可。
本实用新型的有益效果是：
电润湿显示器件相当于一个平行板电容器，本实用新型在电润湿显示器件中引入导电柱结构从而产生对应的电场，其实质是降低了上下导电基板的板间距离，改变了原有平行板间均匀电场的分布情况，在较低电压下即可达到所需电场强度实现像素开关，并且由于导电柱的表面呈疏油性，在未加施加电压时，分布在导电柱处的油墨厚度最薄，此处也将成为油墨破裂的起始点，即能够实现像素格内油墨破裂位置的统一可控，且更加易于加工推广。
附图说明
图1为现有技术中电润湿显示结构和原理示意图；
图2为电润湿显示装置的界面示意图；
图3为未施加电压时像素呈关闭状态图；
图4为施加电压后发生的油墨翻墙现象图；
图5为实施例1中的电润湿显示器件的结构示意图；
图6为实施例1中的电润湿显示器件的制备工艺图；
图7为实施例2中的电润湿器件的结构示意图；
图8为实施例2中的电润湿器件中导电柱与像素格的位置关系图；
图9为实施例2中的电润湿器件中导电柱的结构实物图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，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，均属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种电润湿显示器件，在现有的电润湿器件中引入导电柱结构，参见图5，以在现有技术中一种典型的电润湿器件引入导电柱为例，电润湿显示器件包括相对设置的上导电基板21和下导电基板22，所述上导电基板21包括上基板211和顶电极212，所述下导电基板22包括下基板221和底电极222，上基板211和下基板22使用的材料包含但不限于玻璃等非导电材料，顶电极212和底电极包含但不限于ITO电极等，下导电基板22上设置有疏水绝缘层23，疏水绝缘层23的厚度为1±0.2μm，使用材料如AF1600x，Cytop等低表面能的无定型含氟聚合物材料，疏水绝缘层23上设置有像素墙24，像素墙24的高度为5～6μm，使用材料如光交联型光刻胶等材料，所述像素墙24围成像素格，上导电基板21和下导电基板22通过密封胶25进行封装形成填充区，封装胶25的高度为80μm，使用材料如压敏胶等材料，所述填充区内填充有油墨26和极性液体27，在所述上导电基板21上引入有导电柱28。本实施例中导电柱为圆柱结构，半径16μm，像素格为正方形结构，边长167μm，导电柱底面积为像素格面积的2.8％。以本实施例的电润湿显示器件为例，本申请可以通过改变器件内部电场分布来实现降低驱动电压的目的，基于的原理如下：首先，电润湿显示器件相当于一个平行板电容器，平行板电容器电容的定义式为C＝Q/U,决定式是C＝εS/4πkd，其中ε为介质介电电常数(相对介电常数)k为静电力常量，S为两极板正对面积，d为两极板间垂直距离。如图5所示，图中箭头指示的为导电柱处的局部放大图，当施加电压一定时，设电容器两板间电压为U，这时两板间产生的电场强度为E＝U/d，油墨所受静电力F＝qE,，由于导电柱状结构的引入，两极板间的距离由d1减小至d2，导致E2＞E1，因而得出F2＞F1。在相同驱动电压下导电柱所处位置电场力更大，油墨更容易破裂，因此可以实现驱动电压的降低。其次，在未施加电压时由于导电柱结构的表面呈疏油性，导电柱垂直下方的油墨为达到界面力的平衡，会向四周有一定的铺展趋势，导致导电柱正下方的油膜厚度降低，因而此处成为像素开启时油墨的初始破裂点，即实现了素格内油膜破裂位置的统一可控。
参见图6，本实施例还提供一种上述基于导电柱的电润湿显示器件的制备方法，具体制备步骤如下：(1)顶板制备：取上导电基板，所述上导电基板包括上基板211和顶电极212，其中上基板为玻璃衬底，顶电极为ITO，首先清洁带有ITO层的玻璃衬底，玻璃衬底上具有对位标记；涂布导电光刻胶280，使用对位光刻在玻璃衬底上形成均匀分布的导电柱28结构，然后设置密封胶25以形成密封胶框。本实施例中利用光刻法将导电光刻胶制备层导电柱，该导电柱结构还可以使用非导电的光刻胶制备柱形结构，然后通过热蒸镀等方式将金属材料蒸镀到柱形结构表面，所述金属材料包含但不限于Cu/Ag等电极材料；(2)底板制备：取下导电基板，所述下导电基板包括下基板221和底电极222，其中下基板为玻璃衬底，底电极为ITO；采用旋涂或丝网印刷等方式在所述下导电基板上制备疏水绝缘层23，然后在所述疏水绝缘层23上旋涂像素墙材料240，所述像素墙材料包含但不限于光刻胶，然后利用光刻形成像素墙24，所述像素墙24围成像素格。此处疏水绝缘层和像素墙的制备均可采用现有的工艺进行制备。(3)油墨填充及封装：将染色的油墨26填充到下导电基板上的像素网格中，再将下导电基板和上导电基板对位贴合，并填充极性液体27封装形成电润湿显示器件。
实施例2
参见图7，本实施例提供一种基于导电柱的电润湿显示器件，包括相对设置的上导电基板21和下导电基板22，所述上导电基板21包括上基板211和顶电极212，所述下导电基板22包括下基板221和底电极222，上基板211和下基板22使用的材料包含但不限于玻璃等非导电材料，顶电极212和底电极包含但不限于ITO电极等，下导电基板22上设置有疏水绝缘层23，疏水绝缘层23的厚度为1±0.2μm，使用材料如AF1600x，Cytop等低表面能的无定型含氟聚合物材料，疏水绝缘层23上设置有像素墙24，像素墙24的高度为5～6μm，使用材料如光交联型光刻胶等材料，所述像素墙24围成像素格，在像素格内利用喷墨打印等方式将金属材料如Ag/Cu等导电金属结构印刷至下导电基板像素格的正中心以形成导电柱28，上导电基板21和下导电基板22通过密封胶25进行封装形成填充区，封装胶25的高度为80μm，使用材料如压敏胶等材料，所述填充区内填充有油墨26和极性液体27。
本实施例中以导电柱位于像素格的正中心位置为例进行说明，导电柱28与像素格的位置关系如图8所示，导电柱的结构实物图如图9所示。
效果实施例1
对比例1：对比例1提供一种现有的电润湿器件，与实施例1中的电润湿显示器件相同，不同之处在于，未引入导电柱。
对实施例1和对比例1中的电润湿器件从0V开始施加电压，每次增加2V，用光学色度计(Arges45，Admesy，Ittervoort，TheNetherlands)测量其反射率，当电压为0V时，反射率最低，这是因为电润湿器件此时未通电，油墨铺满整个像素显示区域，光线进入显示器被油墨选择性吸收，显示器处于“关”态。实验结果显示对比例1中未引入导电柱形结构的电润湿器件的开启电压通常在20V到24V之间，可以看到显示器反射率的增大较快，随后反射率随电压增大渐渐趋于饱和。而实施例1中引入导电柱形结构的电润湿显示器件在10V电压下反射率即开始随电压的增加而快速增大，即其阈值电压为10V，比传统电润湿显示器的驱动电压降低10V左右，具有更流畅的开关效果。
Claims (7)
1.一种基于导电柱的电润湿显示器件，包括相对设置的上导电基板和下导电基板，所述下导电基板上设置有像素墙，所述像素墙围成像素格，其特征在于，所述上导电基板或所述像素格内设置有导电柱，所述导电柱的表面呈疏油性。
2.根据权利要求1所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱位于所述像素格内，所述像素格内填充有油墨，所述导电柱的高度低于所述油墨的厚度。
3.根据权利要求1所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱位于所述像素格的中心或者对准所述像素格的中心区域。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱对应像素格一侧的底面积为像素格面积的1％～5％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱位于每一个像素格内或对准每一个像素格。
6.根据权利要求1-3任一项所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱的材料为导电光刻胶，或者所述导电柱的表面覆有金属材料。
7.根据权利要求6所述的基于导电柱的电润湿显示器件，其特征在于，所述导电柱为金属导电柱，或者所述导电柱包括柱形结构和覆在所述柱形结构上的金属材料。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240612 Address after: 518000 b715, Yinxing technology building, 1301 Guanlan community sightseeing Road, Guanlan street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: South China advanced Optoelectronics Research Institute, South China Normal University, No. 378, Waihuan West Road, Panyu District, Guangzhou City, Guangdong Province, 510006 Patentee before: SOUTH CHINA NORMAL University Country or region before: China Patentee before: SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Guangxian Technology (Guangdong) Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980014608 Denomination of utility model: A display device based on conductive pillars for electro wetting Granted publication date: 20200131 License type: Exclusive License Record date: 20240910 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |