TWI512333B - 電溼潤顯示裝置 - Google Patents

Description

電溼潤顯示裝置

本發明係關於一種電溼潤顯示裝置及一種用於製造該電濕潤顯示裝置之方法。

諸如由Zhou等人之文章(J. Micromech. Microeng. 19(2009) 065029)中所闡述之一電溼潤顯示裝置包括兩個支撐板，其中每一支撐板包括一基板。將一圖案之壁配置於該等支撐板中之一者上，該圖案界定該顯示裝置之圖像元件之範圍。一圖像元件(亦稱為一像素)之該等壁之間的區域係稱為顯示區域，其上產生一顯示效果。該顯示效果係藉由圖像元件中之兩種不互溶流體(一油及一電解液)在一電場影響下之移動產生。當未施加電場時，油形成覆蓋該支撐板之顯示區域之一層。在施加一電場時，油收縮且電解液鄰接該支撐板之一大部分。舉例而言，在油係不透明的之情況下，則圖像元件起到一光閘之作用。

圖像元件之壁係一親水材料之一圖案。為使圖像元件正常運作，顯示區域中之支撐板之區域在很大程度上必須係疏水的。在該顯示裝置之製造期間，藉由使支撐板之其中圖像元件所在之區域包含一疏水層來使該區域係疏水的。藉由在該疏水層上沈積一壁材料層並使用一光微影方法圖案化該壁材料層而在此層上製作該等壁。

為改良該壁材料層與該疏水層之間的黏著，在施加該壁材料層前降低該疏水層之疏水性。在形成該等壁之後，使支撐板退火以使得該等壁之間的疏水層區域恢復其疏水性。然而，使用此方法製作之顯示裝置之品質並不令人滿意。

本發明之一目的係提供一種用於製作不具有此缺點之電溼潤顯示裝置之方法。

根據本發明之一個態樣，提供一種用於製作一電溼潤裝置之一支撐板之方法，其包含以下步驟：提供具有一疏水層之一支撐板；在疏水層上配置一親水材料之圖案；及藉由一溶劑移除該疏水層之一表面層。

先前技術顯示裝置之令人不滿意的品質之主要原因之一看来係由於在顯示裝置之延伸作業之後關斷電場時一圖像元件中之油的緩慢回流或無回流。根據本發明，可藉由包含當在顯示裝置之製造期間已在疏水層上配置該親水材料之圖案之後以化學方式移除該疏水層之一表面層之一步驟來改良該回流。該化學移除步驟係藉由使用製作該疏水層之材料之一溶劑而達成。經該溶劑處理之後的疏水層表面之品質看來比在先前技術處理中之任一者之後更好。該溶劑處理在無需將支撐板加熱高於疏水層之玻璃化溫度之情況下意外降低了疏水層之表面粗糙度。因此，圖像元件之效能被增強，且因此所顯示影像之品質被增強。

據信，在疏水層上配置親水材料之過程會影響該疏水層，導致該回流問題。使該疏水層退火以恢復其疏水性之習知製程步驟不能充分解決該回流問題。

在該方法之一較佳實施例中，該溶劑係用來選擇性地溶解疏水層之材料之一溶劑。在該溶劑選擇性地溶解疏水材料且對壁圖案之親水材料溶解程度較小或完全不溶解之情況下，則該等壁將幾乎或完全不受移除疏水層之表面層之過程影響。

可藉由使該支撐板與一液態溶劑或一氣態溶劑接觸來執行移除該疏水層之表面層。以氣相與一溶劑接觸允許以一減小的蝕刻率對材料之移除之改良控制。另外，減少所移除之材料在表面上再沈積之機會。另一優點係不需要使用一停止劑，乃因在乾燥階段將不會有材料在表面上再沈積。該氣體可係一蒸氣。

有利地移除一表面層之步驟包括使用一稀釋劑。稀釋劑大致不溶解該疏水層之材料。一稀釋劑之內含物稀釋溶劑之反應組分並降低其宏觀效率，從而減慢溶解速率及準許對疏水層之表面層移除之一更好控制。該稀釋劑較佳係揮發性的，以促進在完成移除步驟後自支撐板移除稀釋劑。稀釋劑之使用亦減輕在移除步驟期間自親水區域釋放之壁材料或微影塗漆之殘餘物在顯示區域中再沈積、或在移除步驟期間溶解之疏水材料在非期望地點(例如，壁頂部上)之再沈積之任何問題。在先前技術顯示裝置中之顯示區域中存在殘餘物可係導致先前技術顯示裝置之緩慢回流之原因中之一者。可使用表面分析技術(例如，XPS或TOF-SIMS)判定殘餘物之存在。

該溶劑較佳地係基於氟碳化合物的，及/或在使用一稀釋劑之一方法中，該稀釋劑較佳地係基於油的。在表面層移除之後陷獲於有時具有輕微滲透性之疏水層中之任一溶劑或稀釋劑在其係一基於油的溶劑或稀釋劑而非一含水溶劑或稀釋劑時對該層之疏水性幾乎不具有影響。

當溶劑與稀釋劑形成一溶液時，該溶液之均質性改良疏水材料移除之均勻性。將一溶液中之組分(諸如溶劑與稀釋劑)完全混合，且不形成諸如粒子或微胞(舉例而言，如在一乳劑中)之子結構。

此方法較佳包括藉由施加一液體來停止移除表面層之一步驟，移除表面層之步驟與施加該液體之間的時間足夠短以便在施加該液體之前該溶劑不會變乾。在不允許該溶劑在支撐板上變乾之情況下，減少壁材料之殘餘物在顯示區域中之再沈積及疏水材料之殘餘物在壁上之再沈積。

該方法可包括使支撐板退火之步驟，藉此改良親水材料之圖案對疏水層之黏著性。該退火步驟較佳地係在表面層移除步驟之後執行。在根據本發明之過程中所使用之退火溫度可比在先前技術退火步驟中所使用之退火溫度低。先前技術使用恰好低於疏水材料之熔化溫度且高於其玻璃化轉變溫度之退火溫度；例如，非晶氟聚合物在220攝氏度與260攝氏度之間被退火以增加疏水層之疏水性。此增加已在本發明之溶劑步驟中達成。因此，退火步驟可用於僅改良黏著性。根據本發明，對非晶氟聚合物之退火步驟可在低於220攝氏度或較佳低於160攝氏度之一溫度下實施。此較低溫度不影響親水材料。在較低溫度下進行退火或(另一選擇係)使用除退火外之另一方法以改良黏著允許在支撐板中採用一塑料基板及製作一撓性顯示裝置。

該方法較佳地包括以下步驟：在支撐板上提供一第一流體與一第二導電性或極性流體，該第一流體與第二流體不互溶；提供另一支撐板；及密封該支撐板與該另一支撐板，藉此在該支撐板與該另一支撐板之間形成包括第一流體及第二流體之一空腔。

在一層對第一流體具有比對第二流體更大之一可溼性之情況下，稱其為「疏水的」。在一層對第二流體具有比對第一流體更大之一可溼性之情況下，稱其為「親水的」。

在該方法之一具體實施例中，電溼潤裝置係一電溼潤顯示裝置，其較佳地包括根據本發明製作之一支撐板。

本發明之另一態樣係關於包括一支撐板之一電溼潤裝置，該支撐板包含具有一厚度之一疏水層，及配置於疏水層之一第一區域上之一親水材料之圖案，該疏水層之厚度在第一區域內比在第一區域外大。

由於該移除步驟僅移除在第一區域(其中配置有親水壁材料之圖案)之外的疏水層之一表面層，因此疏水層之厚度在第一區域內將比在此區域之外大。舉例而言，在已使用電漿蝕刻使疏水層變得較不疏水時，厚度差較佳地大於10 nm。在已藉由反應離子蝕刻使疏水層變得較不疏水時，該差較佳地大於100 nm。在進一步之較佳實施例中，該差較佳地大於150 nm或200 nm。自疏水層有控制地移除更多材料將留下具有一極疏水表面之一較薄層。該較薄層具有切換電溼潤裝置所需之電壓將較低之優點。

有利地，疏水層在第一區域之外具有比在第一區域內高之一疏水性。在根據本發明之表面處理之後，在第一區域內之後退接觸角之一典型值係70度或更小，而在第一區域之外係大於100度且較佳地大於110度。處理之後之表面展示與直接在沈積之後疏水層之表面相同的後退接觸角較佳在5度內。

在根據本發明之顯示裝置之操作期間油或第一流體之遲滯比一先前技術顯示裝置之彼遲滯小。

在電溼潤顯示裝置中，親水材料之圖案形成界定電溼潤元件範圍之壁。

根據參照附圖做出(僅以舉例方式給出)之本發明之較佳實施例之下列說明，本發明之進一步特徵及優點將變得顯而易見。

圖1展示呈一電溼潤顯示裝置1之形式之一電溼潤裝置之部分之一剖面示意圖。該顯示裝置包括複數個圖像元件2，在圖中展示其一者。在圖中以兩條虛線3、4指示該圖像元件之橫向範圍。該圖像元件包含一第一支撐板5及一第二支撐板6。該等支撐板可係每一圖像元件之獨立部分，但該等支撐板較佳地係由該複數個圖像元件共用。該等支撐板可包括一玻璃或聚合物基板7，且可係剛性或撓性的。

該顯示裝置具有一觀看側8(可在其上觀看由顯示裝置形成之一影像或顯示)及一後側9。在該圖式中，第一支撐板5面對後側9；第二支撐板6面對該觀看側；另一選擇係，該第一支撐板可面對該觀看側。該顯示裝置可係為反射式、透射式或半透射式類型。該顯示裝置可係一分段顯示類型，其中影像係由數段組成，每一段包括若干圖像元件。顯示裝置可係一主動矩陣驅動顯示類型或一被動驅動顯示裝置。該複數個圖像元件可係單色的。對於一彩色顯示裝置，可將該等圖像元件劃分成若干群組，每一群組具有一不同色彩；另一選擇係，一個別圖像元件可能能夠展示不同色彩。

該等支撐板之間的一空間10中填充有兩種流體：一第一流體11及一第二流體12。該第二流體與該第一流體不互溶。該第二流體係導電的或極性的，且可係水或一鹽溶液，諸如氯化鉀在水中之一溶液。第二流體較佳地係透明的，但可係彩色、白色、吸收型或反射型。第一流體係非導電的，且舉例而言，可係烷烴(如十六烷)或(聚矽氧)油。

該第一流體吸收光譜之至少一部分。該第一流體對該光譜之一部分可係透射式的，形成一濾色器。出於此目的，可藉由添加顏料粒子或染料為第一流體著色。另一選擇係，第一流體可係黑色，亦即吸收或反射光譜之大致所有部分。一反射層可反射整個可見光譜，使該層呈現白色，或反射部分光譜，使該層具有一色彩。

支撐板5包括一絕緣層13。該絕緣層可係透明的或反射性的。絕緣層13可在一圖像元件之壁之間延伸。然而，為避免第二流體12與配置於絕緣層下方之電極之間的短路，該絕緣層較佳地係在複數個圖像元件2上方延伸之一不間斷層(如圖中所展示)。絕緣層具有面對圖像元件2之空間10之一疏水表面14。該絕緣層之厚度較佳地小於2微米，更佳地小於1微米。

該絕緣層可係一疏水層；另一選擇係，其可包括一疏水層15及一介電層16，如圖中所展示，疏水層15面對空間10。舉例而言，該疏水層可係一非晶氟聚合物層，諸如由杜邦(DuPont)公司提供之AF1600或AF1601或其他任何低表面能聚合物。疏水層之厚度較佳地係在300 nm與800 nm之間。該介電層可係氧化矽層或氮化矽層，其厚度為(舉例而言)200 nm。

表面14之疏水特性導致第一流體11優先地黏著至絕緣層13，乃因第一流體相對於絕緣層13之表層具有比第二流體12更高之一可濕性。可濕性係指一流體對一固體之表面之相對親和力。

每一元件2包括作為支撐板5之部分之一電極17。藉由絕緣層13將電極17與該等流體分離；藉由一非導電層將相鄰圖像元件之電極分離。其他層可配置於絕緣層13與電極17之間。電極17可係任一期望形狀或形式。圖中示意性地指示，一信號線18向一圖像元件之電極17供應電壓信號。一第二信號線19連接至與第二導電流體12接觸之一電極。當所有元件藉由第二流體以流體方式相互連接且共享第二流體(未被側壁隔斷)時，此電極可為所有元件共用。圖像元件2可由施加在信號線18與19之間的一電壓V控制。基板7上之電極17耦合至一顯示驅動系統。在具有配置成一矩陣形式之圖像元件之一顯示裝置中，電極可耦合至基板7上之一控制線路矩陣。

藉由沿循該圖像元件之剖面之壁20將第一流體11限制在一個圖像元件中。一圖像元件之剖面可具有任何形狀；當以一矩陣形式配置該等圖像元件時，剖面通常係方形或矩形。儘管該等壁係顯示為自絕緣層13突出之結構，但其亦可係斥拒該第一流體之支撐板之一表面層，諸如一親水或較不疏水層。該等壁可自第一支撐板延伸至第二支撐板，但亦可部分地自第一支撐板延伸至第二支撐板(如圖1中展示)。由虛線3、4所指示之圖像元件範圍係由壁20之中心界定。由虛線21及22指示之一圖像元件之若干壁之間的區域稱為顯示區域23，其上出現一顯示效應。

圖2展示第一支撐板之疏水層之一平面圖中之一方形圖像元件矩陣。圖2中之中央圖像元件之範圍(對應於圖1中之虛線3及虛線4)係由虛線25指示。線26指示一壁之內部邊界；該線亦係顯示區域23之邊緣。壁20之圖案覆蓋一第一區域27。

當電極之間未施加電壓時，第一流體11在壁20之間形成一層，如在圖1中展示。施加一電壓將使第一流體(例如)相對於一壁收縮(由圖1中虛線形狀24所展示)。第一流體之可控制形狀係用於將圖像元件操作為一光閥，在顯示區域23上提供一顯示效應。

在顯示裝置之製造過程期間，在基板7上提供包含電極17之一電極結構。隨後，在該電極結構上配置包括疏水層15之絕緣層13。

藉由降低表面之疏水性之一過程步驟使疏水層15之表面14準備用於壁之應用。此步驟可包括反應離子蝕刻及/或電漿處理。可自此步驟篩除在顯示裝置之形成該影像之區域之外的表面14之部分。其中形成有該影像之區域係顯示區域及其間之壁之全部區域。

可使用一習知方法將該等壁配置於第一區域27中之表面14上，其可涉及：將壁材料(例如，SU-8)旋塗於表面上，預烘熱該壁材料層，使用光微影來圖案化該層及自顯示區域23移除該壁材料。

製造過程中之下一步驟係增加顯示區域23內之表面14之疏水性。根據本發明，使該表面經受疏水層15之材料之一溶劑處理，該溶劑較佳地係呈氣相或液相。當疏水層係由一非晶氟聚合物(諸如AF1600、AF1601、Cytop或Fluoropel)製成時，較佳溶劑係由3M公司製成之氫氟醚(諸如HFE7100)或碳氟化合物(諸如FC40、FC70、PF-5060、AK-225及FC75)。此等溶劑不溶解該壁材料。藉由將一基於油的稀釋劑添加至溶劑來改良對溶解過程之控制；該稀釋劑與溶劑形成一真溶液。稀釋劑之實例係庚烷、十四烷、癸烷、辛烷或戊烷。作為一實例，HFE7100分子具有氟羰基支鏈及羰基支鏈。氟羰基支鏈溶解疏水層，羰基支鏈有助於與(例如)庚烷一起形成一良溶液。

當使用一液態溶劑時，可將具有疏水層之支撐板浸沒至含有該液體之一槽中。另一選擇係，可在使支撐板旋轉時將該液體噴塗或分配在該板上。當使用一氣態溶劑時，可將具有疏水層之支撐板定位於部分地填充有一液態溶劑之一反應室中，避免支撐板與液體之間的直接接觸。液態溶劑之蒸發將導致支撐板被溶劑之蒸氣包圍，此將導致移除該疏水層之一表面層，以恢復其疏水性。

在表面之處理完成之後，在該溶劑或稀釋劑變乾之前，藉由將支撐板5浸泡至具有一停止劑(諸如烯烴或其他液體)之槽中來停止該溶解過程。當藉由一氣態溶劑實施該處理時，可藉由終止與該氣體接觸來停止該處理。隨後，將該支撐板浸泡至一水溶液(諸如水、乙醇、IPA(異丙醇))中，後跟有一乾燥步驟。另外，支撐板可經受在150℃處之一退火步驟。

可藉由將支撐板5順序地浸泡至含有此等液體之槽中來進行用於表面14之處理之該等液體之應用。該等液體較佳地經攪拌，尤其是在溶劑槽中。另一選擇係，可藉由將該等液體相繼地分配及旋塗於支撐板上來應用該等液體。在任一應用過程中，支撐板不應在不同槽或旋轉週期之間變乾。

在第一支撐板5之製造完成之後，使用一習知方法(舉例而言，如國際專利申請案WO2005/098797中所揭示)施加第一流體11。在空間10已以習知方式填充有第二流體12之後，使用(例如)壓敏性黏合劑將第一支撐板5與第二支撐板6安裝在一起，如(例如)國際申請案WO2009/065909中所揭示。

圖3展示根據本發明在表面處理之後的顯示裝置之疏水層之一剖面。疏水層15在第一區域27內之厚度31比該疏水層在顯示區域23內之厚度32大。可藉由拆卸該顯示裝置、使用該壁材料之一溶劑移除任何壁、及量測在第一區域27(壁20所在之區域)與顯示區域23之間的邊界上之疏水層之表層輪廓來判定厚度差。可使用一量測設備(諸如由Scientific Computing International公司製成之Filmtek)或藉由一輪廓掃描機來量測該表面輪廓。亦可藉由製作該疏水層之一剖面之一顯微照片來判定膜厚度。

儘管已參照一電溼潤顯示裝置闡明本發明，但本發明適用於其中必須將親水材料配置於一疏水層上之任何電溼潤裝置。其他電溼潤裝置之實例係電溼潤光學元件(諸如電溼潤光闌及光閘)及實驗室晶片裝置。

以上實施例應理解為本發明之說明性實例　亦可設想本發明之進一步實施例。應理解，結合任何一項實施例闡述之任一特性可單獨使用，或與所闡述之其他特性組合使用，且亦可與任何其他實施例或任何其他實施例之任一組合之一個或多個特性組合使用。此外，亦可在不背離在隨附申請專利範圍中界定之本發明範疇之情況下採用上文未闡述之等效物及修改。

1．．．電溼潤顯示裝置

2．．．圖像元件

3．．．虛線

4．．．虛線

5．．．第一支撐板

6．．．第二支撐板

7．．．基板

8．．．觀看側

9．．．後側

10．．．空間

11．．．第一流體

12．．．第二流體

13．．．絕緣層

14．．．疏水表面

15．．．疏水層

16．．．介電層

17．．．電極

18．．．信號線

19．．．信號線

20．．．壁

21．．．虛線

22．．．虛線

23．．．顯示區域

27．．．第一區域

31．．．厚度

32．．．厚度

圖1展示一電溼潤顯示裝置之一圖像元件之一示意性剖面；

圖2展示該顯示裝置之第一支撐板之一示意性平面圖；及

圖3展示該第一支撐板之疏水層之一剖面。

3．．．虛線

4．．．虛線

15．．．疏水層

21．．．虛線

22．．．虛線

23．．．顯示區域

27．．．第一區域

31．．．厚度

32．．．厚度

Claims (15)

1. 一種用於製作一電溼潤裝置之一支撐板之方法，其包含以下步驟：提供具有一疏水層之一支撐板；在該疏水層上配置一親水材料之圖案；及藉由一溶劑移除該疏水層之一表面層。
2. 如請求項1之方法，其中該溶劑係用於選擇性地溶解該疏水層之材料之一溶劑。
3. 如請求項1或2之方法，其中該溶劑係一氣態溶劑。
4. 如請求項1或2之方法，其中該移除一表面層之步驟包括一稀釋劑之使用。
5. 如請求項1或2之方法，其中該溶劑係基於氟碳化合物的，及/或在使用一稀釋劑之一方法中，該稀釋劑係基於油的。
6. 如請求項5之方法，其中該溶劑與該稀釋劑形成一溶液。
7. 如請求項1或2之方法，其包括藉由施加一液體來停止移除該表面層之一步驟，該移除該表面層之步驟與該液體之施加之間的時間足夠短以便在施加該液體之前該溶劑或該稀釋劑不變乾。
8. 如請求項1或2之方法，其包括使該支撐板退火之步驟。
9. 如請求項1或2之方法，其包括以下步驟在該支撐板上提供一第一流體及一第二導電性或極性流體，該第一流體與第二流體不互溶； 提供另一支撐板；及密封該支撐板及該另一支撐板，藉此在該支撐板與該另一支撐板之間形成包括該第一流體及該第二流體之一空腔。
10. 如請求項1或2之方法，其中該電溼潤裝置係一電溼潤顯示裝置。
11. 一種電溼潤裝置，其包括如請求項1或2製作之一支撐板。
12. 一種包括一支撐板之電溼潤裝置，該支撐板包含具有一厚度之一疏水層，及配置於該疏水層之一第一區域上之一親水材料之圖案，該疏水層之厚度在該第一區域內比在該第一區域之外大。
13. 如請求項12之電溼潤裝置，其中該疏水層在該第一區域之外具有比在該第一區域內高之疏水性。
14. 如請求項12或13之電溼潤裝置，其中該電溼潤裝置係一電溼潤顯示裝置。
15. 如請求項14之電溼潤顯示裝置，其包括複數個電溼潤元件，其中該親水材料之圖案形成界定該等電溼潤元件之範圍之壁。