JP2020503571A

JP2020503571A - 自己支持エレクトロウェッティング表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2020503571A
Application number: JP2019556402A
Authority: JP
Inventors: 国富周; 彪唐; 洪偉蒋; 盈瑩竇; 瑩周
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CN106646854A; US20190346673A1; WO2018133514A1

Abstract

本発明には、自己支持エレクトロウェッティング表示素子及びその製造方法が開示され、画素壁構造の上表面に支持構造が設けられ、支持構造が直接に画素壁に製造されるので、支持構造が画素目に脱落する問題が存在しない。また、基本的に、エレクトロウェッティング表示素子の基本構造が変更されないので、表示素子の性能への影響もない。極性電解質溶液に他の成分を添加する必要もないので、他の成分が残留することもなく、２つの機能性の溶液への汚染を招くこともない。シール剤の厚さを減らすことができ、よって表示素子全体の厚さを減らし、超薄型表示素子の製造を実現することができる。

Description

本発明は、エレクトロウェッティング技術分野に関し、詳しくは、自己支持エレクトロウェッティング表示素子及びその製造方法に関する。

濡れとは、固体表面における一つの流体が他の流体に置換される過程である。固体の表面で液体が拡散し、固液接触面は、広がっていく傾向がある。即ち、液体が固体表面に対する付着力がその凝集力より大きい場合、濡れを示す。固体の表面で液体が拡散せず、接触面は、球状に収縮する傾向があるのは、不濡れを示す。不濡れとは、液体が固体表面に対する付着力がその凝集力より小さいことである。

図１に示すように、一般的に、エレクトロウェッティング表示素子の構成として、主に上下両基板を備え、上基板は、上ガラス基板１’と、第一電極２’と、シール剤３’とからなり、下基板は、下ガラス基板９’と、第二電極８’と、疎水性絶縁層７’（一般的には、フッ化ポリマーである）と、画素壁６’とからなる。画素壁６’の図案は、表示素子の画素を制限し、画素壁６’の間でのエリアは表示エリアであり、画素に、無極性溶液5’（インク）と極性溶液４’（電解質溶液）という互いに不溶の流体が充填され、極性溶液４’と下基板の第二電極８’へ電圧を印加することにより、疎水性絶縁層７’における電解質溶液４’の親疎水性を変化させ、表示効果を奏するように無極性溶液5’を拡散させ又は無極性溶液5’を収縮させる。

画素壁６’と無極性溶液5’の上方が極性電解質溶液４’に覆われ、エレクトロウェッティング表示素子において、無極性溶液5’が分断されたことと異なり、極性溶液４は、連続相であり、そして、極性溶液４と第一電極２は、互いに導通される。第一電極２’と第二電極８’との間に電圧を印加する場合、極性溶液４’は、疎水性絶縁層７’の表面での濡れ性が変化し、疎水状態から親水状態に変わって、極性溶液４’は、疎水性絶縁層７’の表面を濡らし、無極性溶液５’が画素目の内の片隅に押し詰められ、これにより「オン」状態を実現する。電圧をオフにする場合、極性電解質溶液４は、疎水性絶縁層７’の表面での疎水性が戻り、無極性溶液５’は再び拡散して、「オフ」過程を実現する。例として、画素サイズが150μm×150μmである場合、エレクトロウェッティング表示素子において、画素壁の高さは６μmであり、無極性溶液５’の厚さは５．５−６．６μmであり、シール剤３’の厚さは４０μmであり、従って、極性電解質溶液４’の厚さも約４０μmである。電圧を印加する場合、無極性溶液５’が収縮され、その高さが２５μmに変わる。図２を参照して、上基板の第一電極２’から無極性液体５’までの間隔は１５−４０μmであり、外部の気圧の影響に起因して、上下基板の中心で変形が発生し易く、それにより第一電極２’と無極性液体５’との接触を生じてしまって、無極性液体５’が第一電極２’に堆積すること又は無極性液体５’が乗り越えることを招いて、表示素子全体の失効を引き起こす。従って、エレクトロウェッティング表示素子に対して、上下基板を支持することを実現して、上下基板が湾曲変形による、インクがバンクを乗り越える課題又はインクが堆積する課題を解決して、エレクトロウェッティング表示素子のフレキシブル化を実現することが必要である。

従来、このようなケースをなす表示素子は、基本的に、上下基板変形による中央での崩れるリスクが存在して、例えば、液晶表示パネルを製造する時に、高品質な表示効果を実現するために、液晶層の厚さを精確に制御することが必要であり、これにより、液晶層全体の優れる光調節機能を実現することが可能であり、従って、上下基板の間の支持件としてスペーサを設けることが必要である。例えば、液晶表示パネルにスペーサとしての微小球又は微小棒は、液晶表示パネルの上下基板の間に設けられ、微小球又は微小棒のサイズによって、上下基板を支持することを実現する。然し、微小球又は微小棒は、画素目の内に非常に脱落し易く、無極性溶液と接触することにより無極性溶液が堆積すること又は無極性溶液が乗り越えることを招いて、従って、無極性溶液の微小球又は微小棒を設けることによって上下基板を支持することを実現する方法は、エレクトロウェッティング表示素子に適用しない。これ以外、いくつかの紫外線重合による高分子ポリマーと開始剤と共に液晶に混合して、更に紫外線による照射の方式によって形成されるスペーサも液晶表示パネルに使用され、上下基板を支持する方式もある。この紫外線固化方式によりスペーサを製造する方法は、理論上エレクトロウェッティング表示素子に適用するが、実際の作業中に、以下のようなリスクが存在している。紫外線重合による材料又は光開始剤は、無極性溶液と相互溶解して、又は無極性溶液の中からカラー溶質を抽出する可能性がある。紫外線重合による材料又は光開始剤は、重合過程において、反応が不十分であるので、極性電解質溶液の中に残留物質があり、その導電性能と、通電状態で極性電解質溶液の疎水性絶縁層での濡れ性に影響を及ぼすことになる。重合過程において、マスク板を介してポリマーの位置を制限することが必要であり、マスク板の位置合わせ精度、及びマスク板の厚さと上支持板１の厚さとによる紫外線の屈折は、ポリマーが実際に形成する位置に対して、バラツキを生じ、これにより、無極性溶液との接触が形成される。

従来、エレクトロウェッティング表示素子は、シール剤の厚さを増やすことにより、素子の中央での崩れる問題を一部解決できるが、シール剤のフレームの厚さは、上下基板の歪量より遥かに大きいことが必要であり、然し、この方法は、大きいサイズの表示素子、上下基板として超薄型のガラスを採用したエレクトロウェッティング素子又はフレキシブル素子に対して、まだ崩れる問題が存在している。

目的は、自己支持エレクトロウェッティング表示素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、下記の技術案を用いる。
エレクトロウェッティング表示素子は、上基板と下基板とを備え、前記下基板は、第一透光基板と、導電層と、疎水性絶縁層と、画素壁構造とを備え、画素壁構造の上表面に支持構造が設けられる。

ある具体的な実施形態では、前記支持構造は、複数の支持柱である。
前記技術案において、好ましい実施形態では、前記支持柱は、画素壁構造において、互いに直交する壁面がそれぞれに交差する位置に設けられる。

前記技術案において、好ましい実施形態では、前記支持柱は、円柱状または多角形柱状である。

ある具体的な実施形態では、前記支持構造の材料は、レジストである。
ある具体的な実施形態では、前記支持構造の材料は、前記画素壁構造の材料又は前記画素壁の材料より親水性が強い材料である。

ある具体的な実施形態では、前記支持構造の高さは、前記画素壁構造の上表面から上基板までの距離より大きくない。

本発明は、更に上述したようなエレクトロウェッティング表示素子を製造する方法を提供する。その製造方法は、下基板に画素壁構造を製造する工程を備え、更に画素壁構造に支持構造を製造する工程を備える。

ある具体的な実施形態では、前記画素壁構造に支持構造を製造する工程は、フォトリソグラフィプロセスを用いて製造する工程である。

エレクトロウェッティング表示素子が容易に上下基板の変形により失効になる課題に対して、本発明は、自己支持エレクトロウェッティング表示素子及びその製造方法を提供し、支持構造が直接に画素壁構造に製造されるので、支持構造が画素目に脱落する問題が存在しない。また、基本的に、エレクトロウェッティング表示素子の基本構造が変更されないので、表示素子の性能への影響もない。極性電解質溶液に他の成分を添加する必要もないので、他の成分が残留することもなく、２つの機能性の溶液への汚染を招くこともない。シール剤の厚さを減らすことができ、よって表示素子全体の厚さを減らし、超薄型表示素子を製造することを実現することができる。

図１は、通常のエレクトロウェッティング表示素子の断面構造図である。図２は、通常のエレクトロウェッティング表示素子の基板の変形を示す図である。図３は、実施例１の自己支持エレクトロウェッティング表示素子を製造する過程を示す図である。図４は、実施例２の一部の支持構造の3D構造を示す図である。図５は、実施例２の一部の支持構造の平面図である。

実施例１
図３は、製造する過程を示す図であり、図３を参照しながら、自己支持エレクトロウェッティング表示素子の製造を行う。

まず、図3aに示すように、第一透光基板９に導電層８を製造して、導電層８に疎水性絶縁層７を製造して、前記疎水性絶縁層７は、単層構造であってもよく、絶縁層と疎水層との複合層であってもよい。好ましい実施形態では、前記疎水性絶縁層７は単層構造であり、下記のような工程によって得られる。スピンコーティング法、ナイフコーティング法、スリットコーティング法、シルクスクリーン法、フレキソ法等の方法によって、疎水性絶縁層７の溶液を導電層８付きの第一透光基板９の表面に塗布して熱固化処理を行い、疎水性絶縁層７を得る。反応性イオンエッチング機械によって疎水性絶縁層７の表面に改質を行い、その表面の疎水性を低減させ、改質を行うことによって、レジスト材料を疎水性絶縁層７の表面に膜化して且つその表面に対する付着力と濡れ性を高めることができる。図3ｂを参照して、レジスト材料６’を均一に疎水性絶縁層７の表面に塗布して、塗布方法は、スピンコーティング法、ナイフコーティング法、スリットコーティング法等のコーティング方法のいずれかであってもよい。図３ｃを参照して、第一マスク板１３を下基板と位置合わせて下基板の上方に配置して、平行紫外線１５を介して第一マスク板１３を照射して、画素壁構造の図形が第一マスク板１３に予め設けられ、一部の平行紫外線１５は、第一マスク板１３に透過してレジスト材料６’を露光硬化に照射することができる。露光が完了する後、第二層レジスト材料１２’を塗布して、前記第二層レジスト材料１２’は、第一層レジスト材料６’と同じ、塗布方法は、スピンコーティング法、ナイフコーティング法、スリットコーティング法等のコーティング方法のいずれかであってもよい。次に第二マスク板１４を下基板と位置合わせて下基板の上方に配置して、画素壁位置に対する支持構造の図形が第二マスク板１４にあり、平行紫外線１５を介して第二マスク板１４を照射して、一部の平行紫外線は、第二マスク板１４に透過してレジスト材料１２’を露光硬化に照射することができる。露光が完了する後、図３eを参照して、高濃度KOH溶液を用いて現像して、画素壁構造６と支持構造１２を得る。第二マスク板１４に予め設けられる図案は、いずれも画素壁６に対応する位置にあるので、支持構造を露光させる過程中、画素壁６の非露光エリアへの影響を生じない。また、支持構造１２が前記画素壁構造６に製造され、支持構造１２は、支持柱であってもよく、前記支持柱は、任意の形状であってもよく、例えば円柱状または多角形柱状が挙げられる。次に、疎水性絶縁層７をガラス化温度に達させ疎水性絶縁層７の表面での疎水性を戻すように下基板を高温環境に投入する。最後に、極性電解質溶液４の環境に、無極性溶液５を画素目に充填して、第二透光基板１と導電層２とシール剤３からなる上基板と下基板とを位置あわせて圧着する。これにより、エレクトロウェッティング表示素子の製造過程を完了し、図３fに示すような構造の自己支持エレクトロウェッティング表示素子が得られる。支持構造１２の高さは、前記画素壁構造６の上表面から上基板までの距離と同一であり、即ち、支持構造１２は、導電層２と接触して、上下基板に対する支持機能を果たす。電解質溶液４は、自己支持エレクトロウェッティング表示素子に、相変わらず連続相であり、支持構造は、電解質溶液４の連通性に対する影響も生じない。

実施例２
図４と図５を参照して、図４は、一部の支持構造の3D構造を示す図であり、図５は、一部の支持構造の平面図である。本実施例２は、実施例１と大体同じであるが、異なる部分がある。前記支持構造１２が画素壁構造６において互いに直交する壁面がそれぞれに交差する位置に設けられる。前記支持構造１２は、円柱状の支持柱である。前記支持構造１２の材料は、前記画素壁構造６の材料より親水性が強い材料であり、前記支持構造１２の材料の性質は、前記画素壁構造６の材料に類似すべきである。支持構造１２の材料は、実際の無極性溶液５の充填効果のニーズによって、調整することができる。支持構造１２の位置と数量は、第二マスク板１４に予め設けられる図形によってコントロールすることができるので、異なるサイズと異なるタイプを有する素子に対して、異なる支持構造１２の密度とレイアウトを配置することができる。

Claims

上基板と下基板とを備え、
前記下基板が、第一透光基板と、導電層と、疎水性絶縁層と、画素壁構造とを備えるエレクトロウェッティング表示素子において、
画素壁構造の上表面に支持構造が設けられることを特徴とするエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持構造は、複数の支持柱であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持柱は、画素壁構造において、互いに直交する壁面がそれぞれに交差する位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持柱は、円柱状または多角形柱状であることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持構造の材料は、レジストであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持構造の材料は、前記画素壁構造の材料又は前記画素壁構造の材料より親水性が強い材料であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
前記支持構造の高さは、前記画素壁構造の上表面から上基板までの距離より大きくないことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロウェッティング表示素子。
下基板に画素壁構造を製造する工程と、
画素壁構造に支持構造を製造する工程とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のエレクトロウェッティング表示素子を製造する方法。
前記画素壁構造に支持構造を製造する工程は、フォトリソグラフィプロセスを用いて製造する工程であることを特徴とする請求項８に記載のエレクトロウェッティング表示素子を製造する方法。