TWI395975B

TWI395975B - Electric wetting element with fear of water retaining wall and its making method

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Publication number: TWI395975B
Application number: TW098110199A
Authority: TW
Original assignee: Nat Univ Chung Hsing
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2013-05-11
Also published as: TW201035593A; US8416503B2; US20110013255A1

Description

具有恐水擋牆之電濕潤元件及其製作方法

本發明是有關於一種電濕潤光電元件，及其製作方法，特別是指一種具有恐水擋牆之電濕潤(electrowetting)元件，及其製作方法。

電濕潤技術是一種借助控制電壓來改變被包圍的液體的表層電性，從而控制液體型態的變化，可利用在例如顯示器、光學凹/凸流體透鏡、生醫晶片等產品中。

參閱圖1，目前的電濕潤顯示器元件包含一基座11，具有一本體112、一形成在該本體表面的導電層113、一形成在該導電層113上的界電絕緣層114，與一基面111、一與該基座11電連接且共同界定出一容納該基面111之密閉空間12的封裝座13、一設置在該基面111上的恐水層14、一設置在該恐水層14上而與該恐水層14共同形成可容置液體之容槽16的框形擋牆15，及一封置在該容槽16中的液體17，該液體17具有一容存於該容槽16的第一溶液171與一位於該第一溶液171上的第二溶液172。

該基座11及封裝座13可相互配合提供電能，利用電壓的控制，讓容置於該容槽16內的液體17與構成該恐水層14之疏水材料間的表面電性造成變化，進而控制該液體17的型態變化；例如，以上述顯示器用之電濕潤元件為例，該第一溶液171為一有色油性油墨，該第二溶液172為水，當沒有施加電壓時，該第一溶液171於該疏水性恐水層14的接觸面上，會形成一弧狀液滴，如圖1所示；當施加電壓時，會改變該第一溶液171與該恐水層14的表面電性，而使得該第一溶液171與該恐水層14接觸面的張力產生改變，結果是原來的平衡靜止狀態不再穩定，原本呈弧狀液滴狀態的第一溶液171會被第二溶液172擠壓移至旁邊，而形成圖元的變化，如圖2所示。

上述電濕潤元件的製作方式是包含一準備步驟、一恐水層形成步驟、一擋牆形成步驟，及一灌注封裝步驟。

首先進行該準備步驟，準備一具有一基面111的基材11，該基材具有一本體112、一形成在該本體112表面的導電層113，及一形成在該導電層113上的界電絕緣層114，其中，該界電絕緣層114表面即為該基面111。

接著進行該恐水層形成步驟，在該基面111上形成一層恐水層14。

再進行該擋牆形成步驟，於該恐水層14上形成一與該基面111共同界定出一容槽16的擋牆15。

接著進行該灌注封裝步驟，將一可與該基座11配合提供電能的封裝座13與該基座11電連接，形成一密閉空間12並將一液體17封置於該密閉空間12，製得該電濕潤元件。

而，受限於目前電濕潤元件的製造方法，以及目前應用於電濕潤元件中的恐水層14的疏水性化合物皆為由含氟之高分子聚合物或含氟之高分子衍生物，例如：鐵氟龍、鐵氟龍衍生物等疏水性材料所構成，由於含氟之高分子聚合物或含氟之高分子衍生物等相關材料的表面張力極小，因此直接在恐水層14上直接形成擋牆15時會出現密著性差的問題。

因此，為了要順利在該恐水層14上形成彼此相密著的擋牆15，目前會在該擋牆形成步驟之前實施一改質步驟，將該恐水層14的表面進行永久性或暫時性的表面改質，例如：以電漿處理、照射紫外光、或以化學溶劑浸泡等處理方式，以順利在該經改質後的恐水層14表面形成彼此可密著的擋牆15。

然而，此一改質製程不僅繁複，增加製作成本，且該經過改質的恐水層14，在後續製成元件時較容易會產生元件可靠度(reliabitity)的問題；另外，當運用於上述之顯示器元件時，該第一溶液171在接觸該恐水層14時，會形成如圖1所示，兩端點厚度較小，中間厚度較大的液滴，而該等液滴由於兩端點的厚度較小，因此，在端點處會有漏光的情形產生，而容易造成元件對比度不足的問題。

因此，如何提升電濕潤元件的信賴度，降低製作成本，一直是在此技術領域者不斷努力改善的目標。

因此，本發明之目的，即在提供製程簡單且可有效提升恐水擋牆之密著性的一種具有恐水擋牆之電濕潤元件。

再者，本發明的另一目的，在提供製程簡單且恐水擋牆之密著性佳的具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法。

又，本發明的又一目的，在提供一種具有製程簡單且密著性佳的電濕潤元件之恐水擋牆的製作方法。

於是，本發明一種具有恐水擋牆之電濕潤元件，包含一基座、一恐水擋牆、一封裝座，及一液體。

該基座具有一基面。

該恐水擋牆形成在該基面上，包括一由該基面向上延伸的圍繞壁及一恐水層，該圍繞壁具有一頂面及一內壁面，且該內壁面與該基面共同界定出一底區，該恐水層是連續地形成在該內壁面及該底區。

該封裝座與該基座電連接且共同界定出一容納該基面之密閉空間，該基座及封裝座可相互配合提供電能。

該液體容置於該密閉空間中，且在受到該基座與該封裝座配合提供的電能時產生型態變化。

另外，本發明一種具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法是包含：一準備步驟、一恐水擋牆形成步驟，及一灌注封裝步驟。

該準備步驟是準備一具有一基面的基材。

該恐水擋牆形成步驟，是在該基面上形成一恐水擋牆，該恐水擋牆包括一形成在該基面上並將該基面圈圍出一底區的圍繞壁，及一疏水性的恐水層，該圍繞壁具有一頂面及一內壁面，該恐水層是連續地形成在該內壁面與該基面的底區上。

該灌注封裝步驟，將一可與該基座配合提供電能的封裝座與該基座電連接，形成一密閉空間並將一液體封置於該密閉空間中，製得該電濕潤元件。

又，本發明一種電濕潤元件之恐水擋牆的製作方法，該電濕潤元件包含一具有一基面的基座、一與該基座連接且共同界定出一容納該基面之密閉空間的封裝座、一設置在該基面上的恐水擋牆，及一封置於該密閉空間的液體，該恐水擋牆的製作方法包含下列三個步驟：

(a)首先，形成一將該基面圈圍出一底區的圍繞壁，該圍繞壁具有一頂面及一內壁面。

(b)接著，在該圍繞壁及該底區形成一由疏水性化合物構成的恐水層體。

(c)將對應形成在該圍繞壁頂面的恐水層體移除，而令該圍繞壁的頂面裸露出，未被移除之恐水層體形成一恐水層，即製得該具有圍繞壁及形成在該圍繞壁之內壁面及底區之恐水層的恐水擋牆。

本發明之功效在於：利用直接在該基座上先形成圍繞壁再於該圍繞壁形成恐水層製得的恐水擋牆，不僅可避免習知之擋牆因直接形成在恐水層上造成的密著性不佳的問題，也不需為了改善擋牆與該恐水層的密著問題而對該恐水層進行繁雜的改質製程，不僅製程簡單，可有效增加恐水擋牆的密著性，並簡化電濕潤元件之製程。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的第一較佳實施例，是製作如圖3中所示具有恐水擋牆的電濕潤元件，該電濕潤元件可應用在液態透鏡、顯示器等不同之用途，在此，將該電濕潤元件以應用於顯示器為例作說明，惟本發明之應用並不以此為限。

參閱圖3，圖3中所示為該具有恐水擋牆的電濕潤元件在未施加電壓之狀態，其包含一具有一基面21的基座2、一與該基座2電連接且共同界定出一容納該基面21之密閉空間25的封裝座3、一設置在該基面21上而與該基面21共同配合形成一容槽26的恐水擋牆4，及一容置在該容槽26中之液體5。

該基座2具有一透明的本體22、一形成在該本體22表面的導電層23，及一形成在該導電層23上之介電絕緣層24，由於該導電層23及該絕緣層24的材料及組成為該技術領域者所周知且非為本發明之技術重點，因此，於此不再多加贅述，於本實施例中該導電層23及該絕緣層24分別由氧化銦錫及氮化矽為材料所構成，且該介電絕緣層24的上表面即為該基面21。

該恐水擋牆4形成在該基面21，具有一呈封閉框型的圍繞壁41及一恐水層42，該圍繞壁41具有一頂面411及一內壁面412，並與該基面21共同圈圍界定出一底區211，該恐水層42是連續地形成在該內壁面412及該底區211，且該恐水檔牆4界定出一可容納液體5的容槽25。

具體地說，該圍繞壁41是選自感光型光阻材料，例如：正型光阻材料、負型光阻材料(一般光阻、黑色樹脂(Black matrix)、厚膜光阻)，及非感光型材料，例如，金屬材料、壓克力系高分子材料，或聚亞醯胺系高分子材料，其中任一者，該恐水層42是選自含氟之高分子聚合物、含氟之高分子衍生物，或其中之一組合，於本較佳實施例中，該圍繞壁4是選自負型光阻材料，且該恐水層42是選自鐵氟龍。

該封裝座3與該基座2電連接，並與該基座2共同界定出一容納該基面21之密閉空間25，且該基座2及該封裝座3可相互配合提供電能。

該液體5容置在該密閉空間25中，具有一第一溶液51及一第二溶液52，當運用於不同用途時，該第一、二溶液可選自不同液體；於本較佳實施例中，該第一溶液51是選自有色油性油墨，該第二溶液52是選自導電液體；當未通電壓時，該第一溶液51是容置於該容槽26中並與該底區211接觸，該第二溶液52是位於該第一溶液51上，當電壓改變時，藉由控制電壓使容納在該密閉空間25內之液體5及該介電絕緣層24的表面電性改變，破壞該液體5及該介電絕緣層24原本平衡態的表面張力，進而控制第一溶液51的型態變化；另外，由於該恐水層42是連續地形成在該底區211及該內壁面412上，因此當未施加電壓時，容置在該密閉空間25內的第一溶液51的兩側端由於與該恐水層42間表面張力之作用，因此會形成如圖3所示兩端厚度較大之態樣，而可避免習知因恐水層僅位於第一溶液51底面，因此會形成第一溶液51兩側端厚度較小，中間厚度較大的態樣，而在端點處會有漏光的情形產生，容易造成元件對比度不足的問題。

上述該具有恐水擋牆之電濕潤元件，在配合以下該具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的該第一較佳實施例說明後當可更佳清楚明白。

本發明電濕潤元件之製作方法的較佳實施例是包含一準備步驟、一恐水擋牆形成步驟，及一灌注封裝步驟。

首先，進行該準備步驟，在一由玻璃構成的透明本體22表面依序形成一由銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)構成，厚度實質為5000的導電層23，及一由氮化矽構成，厚度實質為2000的介電絕緣層24，得到一具有該本體22、導電層23，及介電絕緣層24的基座2，且該介電絕緣層24的上表面即為該基座2之基面21。

接著，進行該恐水擋牆形成步驟，在該基面21上形成一界定出一容槽26的恐水擋牆4。

更具體的說，該恐水擋牆形成步驟為包含下列三個次步驟：

首先，進行第一次步驟，形成一將該基面21圈圍出一底區211的圍繞壁41，該圍繞壁41具有一頂面411及一內壁面412。

其詳細製作方法是在該基面21塗佈一層負型光阻材料(壓克力系列負型光阻，製造商：JSR，商品名：THB-120N)，經由曝光、顯影步驟後在該基面21上形成該圍繞壁41，由於上述形成該圍繞壁41的製程方式及材料選擇是在半導體相關技術領域非常成熟且通用之製程技術，因此，在此不再多加贅述。

接著，進行第二次步驟，在該圍繞壁41及底區211形成一由疏水性化合物構成的恐水層體。

較佳地，該恐水層體可經由旋轉塗佈(spin coating)、浸佈塗佈(dipping)、淋幕塗佈(curtain coating)等方式形成，於本較佳實施例中，是以旋轉塗佈(spin coating)方式在該圍繞壁41及底區241表面，形成一由鐵氟龍構成之恐水層體。

然後，進行第三次步驟，將對應形成在該圍繞壁41頂面411的恐水層體移除令該圍繞壁41頂面411裸露，留存之恐水層體即形成該恐水層42。

較佳地，該恐水層體可經由機械研磨、化學機械研磨、雷射，或蝕刻等方式移除，於本實施例中是將對應形成在該圍繞壁41頂面411的恐水層體經由機械研磨方式移除，令該圍繞壁41的頂面411裸露出，剩餘未移除之恐水層體即為該恐水層42，即可製得該具有該恐水層42與圍繞壁41的恐水擋牆4，且該恐水檔牆4界定出一可容納液體的容槽26。

最後進行該灌注封裝步驟，將一可與該基座2配合提供電能的封裝座3與該基座2電連接，形成一密閉空間25，並將一具有第一溶液51及第二溶液52的液體5封置於該密閉空間25中，將該第一溶液51位於該容槽26中且該第二溶液52是位於該第一溶液上，即製得該電濕潤元件。

利用直接在該基座表面形成圍繞壁後再於該圍繞壁上形成恐水層所製得的恐水擋牆，不僅可避免習知擋牆因直接形成在恐水層上造成的密著性不佳的問題，也不需為了擋牆要直接形成在該恐水層上，與該恐水層的密著問題，而對該恐水層進行繁雜的改質製程，不僅製程簡單，且可有效增加恐水擋牆的密著性。

參閱圖4，值得一提的是，上述該恐水擋牆形成步驟，可更包含一形成在該第三次步驟之後的第四次步驟，該第四次步驟是在該裸露出的圍繞壁41頂面411形成一由該頂面411向上延伸的增高壁43，由於該增高壁43的構成材料與製作方法和該圍繞壁41大致相同，因此，在此不再多加贅述，於本實施例中是先在該圍繞壁41塗佈一層正型光阻材料，接著利用該圍繞壁41以背面曝光自立對準(self-align)方式及顯影後，即可在該圍繞壁41頂面411形成該增高壁43，而製得如圖4所示之電濕潤元件。

該增高壁43可用以擴充該容槽25的空間，以預防、避免容置於該容槽25中之第一溶液51在型態變化時溢過該恐水擋牆，而造成該第一溶液51體積分佈產生變化或容槽26間的第一溶液51彼此接觸。

參閱圖5，另外，值得一提的是，上述該增高壁43的寬度可大於或小於該圍繞壁41的寬度，藉由該圍繞壁41及該增高壁43之間寬度差所產生的空間而可配合儲存液態物質，以增加開口率，而可增加對比度。圖5所示為該增高壁43的寬度小於該圍繞壁41寬度，視角為由該基座21方向看出，當電壓變化時，第一溶液51會向一邊聚縮，而因圍繞壁41及該增高壁43之間寬度差所產生的空間則可用於容納該聚縮的第一溶液51，而使得該電濕潤元件的開口率增加，進而增加該電濕潤元件的對中度及提昇解析度。

參閱圖6，本發明具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的第二較佳實施例，是可製作如圖6中所示具有恐水擋牆之電濕潤元件，該電濕潤元件可應用在液態透鏡、顯示器等不同之用途，在此，將該電濕潤元件以應用於液態透鏡為例作說明，惟本發明之應用並不以此為限。

參閱圖6，圖6中所示為該具有恐水擋牆之電濕潤元件在未施加電壓之狀態，其包含一具有一基面21的基座2、一與該基座2電連接且共同界定出一容納該基面21之密閉空間25的封裝座3、一設置在該基面21上的恐水擋牆4，及一容置在該密閉空間25中之液體5。

該基座2具有一透明的本體22、一形成在該本體22表面的導電層23，及一形成在該導電層23上之介電絕緣層24，由於該導電層23及該絕緣層24的材料及組成為該技術領域者所周知且非為本發明之技術重點，因此，於此不再多加贅述，於本實施例中，該導電層23及該絕緣層24分別由氧化銦錫及氮化矽為材料所構成，且該介電絕緣層24的上表面即為該基面21。

該恐水擋牆4形成在該基面21，具有一呈封閉框型的圍繞壁41、一恐水層42及，一增高壁43，該圍繞壁41具有一頂面411及一內壁面412，並與該基面21共同圈圍界定出一底區211，且該該圍繞壁41與該底區211共同界定出一槽區27，該恐水層42是填滿該槽區27，且該圍繞壁41的頂面411與該恐水層42的表面共同配合形成一共平面，該增高壁43是形成在該圍繞壁41頂面411，且該恐水擋牆4界定出一可容納液體的容槽28。

該液體5容置在該容槽28中，具有一第一溶液53及一第二溶液54，該第一溶液53位在下方與該恐水層42表面接觸，該第二溶液54位在該第一溶液53表面，於本較佳實施例中，該第一溶液53是選自絕緣液體，該第二溶液54是選自導電液體且該第一、二溶液53、54彼此互不相溶。

配合參閱圖7，圖7為圖6經施加電壓後之態樣，藉由控制電壓使容納在該容槽25內之第一、二溶液53、54，及該介電絕緣層54的表面電性改變，破壞該液體5及介電絕緣層24原本平衡態的表面張力，進而控制該液體5的型態變化。

上述該具有恐水擋牆之電濕潤元件，在配合以下具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的第二較佳實施例說明後當可更佳清楚明白。

本發明具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的該第二較佳實施例，其製作方法與材料組成與該第一較佳實施例大致相同，包含一準備步驟、一恐水擋牆形成步驟，及一灌注封裝步驟，不同處在於該恐水擋牆形成步驟。

於本較佳實施例中該恐水擋牆形成步驟是包含下列四個次步驟。

首先，進行該第一次步驟，形成一將該基面21圈圍出一底區211的圍繞壁41，該圍繞壁41具有一頂面411及一內壁面412，並與該基面21共同圈圍界定出一底區211，且該該圍繞壁41與該底區211共同界定出一槽區27。

接著，進行該第二次步驟，形成一由疏水性化合物構成並填滿上述該槽區27的恐水層體。

然後，進行該第三次步驟，將對應形成在該圍繞壁41之頂面411，及高於該頂面411的該恐水層體移除，令該頂面411裸露出，剩餘未被移除之恐水層體即形成該恐水層42，且該頂面411與該恐水層42的表面共同配合形成一共平面。

最後，進行該第四次步驟，在該裸露出的圍繞壁41頂面411形成一由該頂面411向上延伸的增高壁43，而可製得一如圖6所示，具有該圍繞壁41、恐水層42及增高壁43的恐水擋牆4。

綜上所述，本發明利用直接在基座上先形成圍繞壁後再於該圍繞壁上形成恐水層製得的恐水擋牆，可避免習知擋牆因直接形成在恐水層上造成的密著性不加的問題，也不需為了改善擋牆與該恐水層的密著問題而對該恐水層進行改質，不僅製程簡單，且可有效增加恐水擋牆的密著性，另外，可再藉由增高壁的形成，提供擴充該電濕潤元件更大的液體容置空間，以預防、避免容置於該容槽中之液體在型態變化時溢過該恐水擋牆，而造成液體體積分佈產生變化，或容槽間的第一溶液彼此接觸彼此產生污染，並再利用圍繞壁及增高壁之間寬度差所產生的空間，配合儲存液態物質，以增加入射光入射面積而可增加對比度，且利用恐水層及圍繞壁之高度的調整而可得到適用不同領域之電濕潤元件，故確實能達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．基座

21．．．基面

211．．．底區

22．．．本體

23．．．導電層

24．．．絕緣層

25．．．密閍空間

26．．．容槽

27．．．槽區

28．．．容槽

3．．．封裝座

4．．．恐水擋牆

41．．．圍繞壁

411．．．頂面

412．．．內壁面

42．．．恐水層

5．．．液體

51．．．第一溶液

52．．．第二溶液

53．．．第一溶液

54．．．第二溶液

圖1是一剖視示意圖，說明習知應用於顯示器之電濕潤元件的結構，且為未施加電壓時之態樣；

圖2是一剖視示意圖，輔助說明圖1中之電濕潤元件施加電壓時之態樣；

圖3是一剖視示意圖，說明本發明具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的第一較佳實施例製作而得的具有恐水擋牆之電濕潤元件，且為未施加電壓時之態樣；

圖4是一剖視示意圖，輔助說明圖3，說明以該第一較佳實施例製作而得的具有恐水擋牆之電濕潤元件，其中，該恐水擋牆包括有一增高壁；

圖5是一剖視示意圖，輔助說明圖4中該具有恐水擋牆之電濕潤元件的增高壁的另一態樣，且該電濕潤元件為施加電壓；

圖6是一剖視示意圖，說明本發明具有恐水擋牆之電濕潤元件的製作方法的第二較佳實施例製作而得的具有恐水擋牆之電濕潤元件結構，且為未施加電壓時之態樣；及

圖7是一剖視示意圖，說明以該第二較佳實施例製作而得的具有恐水擋牆之電濕潤元件結構，且為施加電壓時之態樣。