CN210776027U - 一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，所述器件包括导电基板、设于所述导电基板上的疏水绝缘层和设于所述疏水绝缘层上的像素墙，所述像素墙围成像素格，所述导电基板与所述疏水绝缘层之间部分插入有图案化绝缘层，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域的面积占所述像素格的面积的20％～80％。本实用新型通过引入图案化绝缘层能够实现在施加电压条件下油墨的定向移动，并且图案化绝缘层的位置、形状和数量可以通过自行设计图形来控制，因此可以针对不同尺寸和不同类型的器件来设计不同的图案化结构布局，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及电润湿技术领域，尤其是涉及一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件。
背景技术
电润湿(Electrowetting，EW)是指通过改变施加在液体-固体电极之间的电势，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。基于电润湿技术发展形成的器件诸多，如电润湿显示器件、电润湿透镜、图像显示装置等。中国专利CN103809228A中公开的电润湿透镜单元包括竖立在下透明基板上表面的垂直阻挡物，该垂直阻挡物上设置有多个电极、电介质层和疏水涂层，其中电介质层和疏水涂层相当于疏水绝缘层，垂直阻挡物围绕的空间中填充有非极性液体和极性液体，并且将该电润湿透镜单元应用到3D图像显示装置和3D图像拾取装置中。电润湿显示器件是一种反射式显示器件，其基本结构如图1所示，其包括上下两个基板以及密封胶框，其中上基板包括上导电基板11，下基板由下导电基板12、疏水绝缘层13和像素墙14组成，上基板和下基板通过密封胶框15进行密封形成密封腔体，密封腔体中所填充的两种不互溶的溶液非极性显色油墨16和极性电解质液体17。电润湿显示器件的基本显示原理是通过改变施加在导电上基板11与导电下基板12的电压，从而改变极性电解质溶液17在疏水绝缘层13上的接触角，极性电解质溶液17在疏水绝缘层13表面上的润湿性由疏水变成亲水状态，驱动油墨层收缩，油墨被推挤到像素格的某一边或者角，改变了显示单元的透光率，实现像素的打开，从而达到显示效果。参见图2，当撤掉电压的时候，极性电解质溶液恢复在疏水绝缘层表面的疏水性，非极性显色油墨重新铺展，实现关闭过程，如图2中(a)所示。未施加电压时，油墨均匀铺展在疏水绝缘层的表面，仅显示油墨的颜色。理论上，由于像素的四个角呈对称分布，故在施加电压后，油墨可以向任何一个角移动，从而发生不定向的运动，并导致油墨的最终聚集的位置的不同，如图2中(b)和(c)所示，最后影响了像素开关的一致性，降低了显示效果。因此，为能够形成均一的像素打开状态，提升器件的显示效果，有效的控制油墨的移动方向是非常有必要的。为解决油墨运动不受控制的问题，现有的电润湿显示器会通过激光刻蚀的方式在导电薄膜上进行刻蚀形成notch结构，形成的不规则电场会造成油墨受力不均，但是notch为图案化的扇形导电薄膜结构，边缘多为锯齿状，当施加电压时疏水绝缘层易发生击穿。
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电润湿技术的可控制油墨运动的器件及其制备方法，能够实现对油墨运动的控制，并且避免了发生介电击穿。
本实用新型所采取的技术方案是：
本实用新型提供一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，所述器件包括导电基板、设于所述导电基板上的疏水绝缘层和设于所述疏水绝缘层上的像素墙，所述像素墙围成像素格，所述导电基板与所述疏水绝缘层之间部分插入有图案化绝缘层，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域的面积占所述像素格的面积的20％～80％。引入图案化绝缘层的目的是增加像素单元的不对称性，从而改变油墨的移动方向，图案化绝缘层的面积低于单个像素格面积的20％或者高于80％时，会导致其非对称性下降，不能够起到控制油墨定向移动的目的。此外，图案化绝缘层具有介电性，会对底层导电基板中的电极起到保护作用，避免了发生介电击穿。
优选地，所述图案化绝缘层的高度≤400nm。
优选地，所述图案化绝缘层的形状包括条形、L型中的任一种。
优选地，在不同像素格对应的区域内，所述图案化绝缘层连续覆盖对应所述像素格的三个角落，三个所述角落在不同像素格中的对应位置相同，目的是能够更加精确地控制油墨朝着像素同一个角落移动。
优选地，所述图案化绝缘层位于对应每个所述像素格内的区域。
优选地，所述图案化绝缘层具有亲水性。图案化绝缘层具有亲水性，利于在疏水绝缘层上制备该图案化绝缘层，使得图案化绝缘层与疏水绝缘层之间具有较好的粘附力。
进一步地，所述图案化绝缘层的材料为亲水性的无机纳米陶瓷材料。
优选地，所述导电基板为柔性导电基板。
优选地，所述器件为电润湿显示器件、电润湿透镜、3D图像显示装置、3D图像拾取装置中的任一种。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，在导电基板与疏水绝缘层之间引入了图案化绝缘层，使得对应于图案化绝缘层区域处的油墨厚度要比像素格内其他区域油墨的厚度相对较薄，因而在电场的作用下，对应于图案化绝缘层区域处油墨形成的油膜需要较小的力即可破膜并使得油墨远离该结构，即像素驱动的阈值电压相应降低，实现了降低驱动电压、低压驱动器件的效果。本实用新型通过引入图案化绝缘层能够实现在施加电压条件下油墨的定向移动，并且由于图案化绝缘层的介电性，还能够对导电基板中的电极起到一定的保护作用，同时引入图案化绝缘层还能够有效地提高器件的电容值。本实用新型中的图案化绝缘层的位置、形状和数量可以通过自行设计图形来控制，因此可以针对不同尺寸和不同类型的器件来设计不同的图案化结构布局，并且该方法可适用于柔性电润湿器件的制备。
附图说明
图1为现有技术中的一种电润湿显示器件的结构示意图；
图2为电润湿显示器件的工作原理图；
图3为实施例1中的电润湿显示器件的结构示意图；
图4为实施例1中引入图案化绝缘层后，驱动状态下的像素内油墨打开状态示意图；
图5为引入的图案化绝缘层的不同面积占比的示意图；
图6为不同面积占比的优化的图案化绝缘层的示意图；
图7为效果实施例1中图案化电润湿器件和传统电润湿器件的电容值随施加电压变化的曲线。
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
本实施例以在传统电润湿显示器件中引入图案化绝缘层为例进行说明，参见图3，本实施例提供一种电润湿显示器件，包括上基板和下基板，上基板包括上导电基板31，下基板包括下导电基板32、设于所述下导电基板32上的疏水绝缘层33，和设于所述疏水绝缘层33上的像素墙34，所述像素墙34围成像素格，所述下导电基板32和疏水绝缘层33之间部分插入有图案化绝缘层38，本实施例中图案化绝缘层38通过喷墨打印的方式直接形成于下导电基板32的上方，且图案化绝缘层38位于对应像素格内的区域，由于图案化绝缘层38具有介电性，因而能够对下导电基板32中的电极起到保护作用，避免发生介电击穿，优选图案化绝缘层38位于对应每一个像素格内的区域。上基板和下基板通过密封胶框35进行密封形成密封腔体，密封腔体中填充的两种不互溶的液体分别为非极性显色油墨36和极性电解质液体37。在一些更有选的方案中，图案化绝缘层38的材料具有亲水性，利于疏水绝缘层33在图案化绝缘层38的上方沉积成膜，具有较好的粘附力，此种情形下若将图案化绝缘层设置在疏水绝缘层的上方，由于图案化绝缘层是亲水层，随着打印面积的增大，则会出现降低器件的显示效果的问题。此外，若将图案化绝缘层设置在疏水绝缘层的上方，在实际制备过程中不能够直接涂覆上去，需要对疏水绝缘层进行处理，增加了工艺的复杂性。
图4为引入图案化绝缘层后，驱动状态下的像素内油墨打开状态示意图，由于在电润湿器件内引入图案化绝缘层38，在图案化绝缘层38处的区域形成了一定的高度差，从而使得对应图案化绝缘层38处区域上方的油墨厚度要比像素内其他区域油墨的厚度相对较薄，在加电状态下油膜从对应图案化绝缘层38上方处开始破裂，并向远离图案化绝缘层38的位置移动，从而实现了在施加电压条件下的定向移动，并且由于对应图案化绝缘层处的油膜容易破裂，因而像素驱动的阈值电压也相应降低，相较于未引入图案化绝缘层的电润湿器件具有更低的驱动电压。
图5为引入的图案化绝缘层的不同面积占比的示意图，图案化绝缘层38的形状以条纹状为例，图案化绝缘层38位于对应所述像素格内的区域的面积占所述像素格的面积的20％～80％时能够增加像素单元的不对称性，进而改变油墨的移动方向，而当图案化绝缘层38位于对应所述像素格内的区域的面积低于单个像素面积的20％或者高于80％，会导致其非对称性下降，不能够起到控制油墨定向移动的目的。在此基础上，为了更加精确的控制油墨朝着像素格同一个角落移动，可进一步优化图案化绝缘层的形状图案设计，图6为不同面积占比的优化的图案化绝缘层的示意图，在不同像素格对应的区域内，图案化绝缘层连续覆盖对应所述像素格的三个角落，三个所述角落在不同像素格中的对应位置相同，图6中覆盖的三个角落分别均位于像素格的左下侧、右下侧和右上侧。
本实施例还提供一种制备上述电润湿显示器件的方法，按照以下步骤制备：
1、制备导电基板：显示器件中的导电层的制备方法已经标准化，通过磁控溅射等方式在承载基板上沉积ITO等导电层，形成上导电基板和下导电基板，通常导电层的膜厚介于25-100nm之间，承载基板可以为刚性基板如玻璃，也可以为柔性基板如聚酰亚胺衬底以形成柔性导电基板。
2、制备图案化绝缘层：采用Dimatix Fujifilm DMP-2800TM喷墨打印机，选用10pL/1pL的喷嘴。图案化绝缘层的材料特性应当满足喷墨打印所需粘度和表面张力要求，本实施例选用的图案化绝缘层的材料为
其介电常数为13，主要由二氧化钛、二氧化硅等无机陶瓷材料构成。也可以选用其他适用于喷墨打印的介电材料，如绝缘保护二氧化硅溶液TOC-31等无机纳米陶瓷材料。将所选的图案化绝缘层的材料装入墨盒当中，静置5min以除去空气。根据所选择的材料对喷墨打印条件进行设置：首先需要设置压电波形以及改变电压，用以驱动图案化绝缘层的材料，使墨滴能够垂直降落；设置墨滴间距使其能够连续成线和成面，按照预设的打印图案程在下导电基板上制备得到相对应的图案化绝缘层，图案化绝缘层结构的膜厚可以通过墨滴间距和打印层数来控制，其厚度一般不超过400nm。
3、制备疏水绝缘层：将疏水绝缘层的溶液通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝印、柔印、喷墨打印等方法涂布在图案化绝缘层的上方形成整膜，并进行热固化处理。
4、制备像素墙结构：为提高光刻胶材料在疏水绝缘层表面的粘附力，利用反应离子刻蚀机对疏水层表面进行改性。再通过旋涂、刮涂、丝网印刷、喷墨打印等方法在疏水绝缘层表面涂布一层光刻胶(如HN-019N)，经过曝光显影后得到像素墙结构。
5、在上基板、下基板以及密封胶框形成的密封腔体中填充互不相溶的显色油墨和极性电解质液体：油墨的填充过程在电解质溶液环境下完成，通过疏水绝缘层表面对油墨的吸附性，将油墨填充在像素格内，像素墙具有亲水性，可以将显色油墨隔断使其分别填充在每个像素格内，电解质溶液连续的覆盖在显色油墨和像素墙上方。
6、最后将带有密封胶的上基板与下基板进行对位压合，完成电润湿器件的制备过程。
效果实施例1：
按照实施例1的方法制备得到图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域的面积占所述像素格的面积的30％的电润湿显示器件(标记为图案化电润湿器件)，以未设置图案化绝缘层的电润湿显示器件为对比例(标记为传统电润湿器件，其结构与上述图案化电润湿器件相比，仅缺少图案化绝缘层)，对图案化电润湿器件和传统电润湿器件施加30V的电压，步幅电压2V，检测器件的电容值随施加电压的变化，如图7所示。从图7中可知，两种电润湿显示器件的电容值都随着电压的上升，电容逐渐增大，随着电压的下降，电容逐渐降低。增加图案化绝缘层结构后，图案化电润湿器件的初始电容值由13pF增加到21pF，随着电压的继续增加，我们可以看到当电压增到20V后，电容值趋于稳定，最后达到最大值在30pF，而传统的电润湿显示器件的最大电容值为25pF。表明引入图案化绝缘层结构能够有效地提高器件的电容值。
以上实施例以电润湿显示器件为例进行说明本实用新型的构思及产生的技术效果，与本实用新型的构思具有相同基本结构的其他基于电润湿技术的器件也能够预期其具有相同的技术效果。
Claims (9)
1.一种基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，所述器件包括导电基板、设于所述导电基板上的疏水绝缘层和设于所述疏水绝缘层上的像素墙，所述像素墙围成像素格，其特征在于，所述导电基板与所述疏水绝缘层之间部分插入有图案化绝缘层，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域，所述图案化绝缘层位于对应所述像素格内的区域的面积占所述像素格的面积的20％～80％。
2.根据权利要求1所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述图案化绝缘层的高度≤400nm。
3.根据权利要求1所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述图案化绝缘层的形状包括条形、L型中的任一种。
4.根据权利要求1所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，在不同像素格对应的区域内，所述图案化绝缘层连续覆盖对应所述像素格的三个角落，三个所述角落在不同像素格中的对应位置相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述图案化绝缘层位于对应每一个所述像素格内的区域。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述图案化绝缘层具有亲水性。
7.根据权利要求6所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述图案化绝缘层的材料为亲水性的无机纳米陶瓷材料。
8.根据权利要求1-4任一项所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述导电基板为柔性导电基板。
9.根据权利要求1-4任一项所述的基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件，其特征在于，所述器件为电润湿显示器件、电润湿透镜、3D图像显示装置、3D图像拾取装置中的任一种。
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| CN110609384B (zh) * | 2019-08-30 | 2024-01-16 | 华南师范大学 | 基于电润湿技术的可控制油墨运动的器件及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| 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. Patentee before: ACADEMY OF SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS |
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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 controllable ink motion device based on electro wetting technology Granted publication date: 20200616 License type: Exclusive License Record date: 20240910 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |