一种提高电润湿显示器性能的支撑板及其制造工艺、电润湿显示器

技术领域

本发明涉及电润湿显示技术领域，具体地涉及一种提高电润湿显示器性能的支撑板及其制造工艺和包括该支撑板的电润湿显示器。

背景技术

电润湿是一种微流体现象，它已经开始广泛地被用作各种流体及电光设备的驱动机制。目前电润湿显示技术已经有了普遍的应用，它提供一种基于电润湿技术的显示单元，包括流体腔室和电极结构，其中流体腔室包含导电流体和不导电流体，流体相互接触且不可混溶，其中电极结构包含与导电流体接触的第一电极和设置在腔室壁处的第二电极装置。

国际专利申请WO 2003/071346中描述了一种电润湿显示器，它包括两个支撑板，在其中一个支撑板上设置有壁图案即像元壁，像元壁限定了显示装置的图像元素，像元壁之间所形成的区域就是显示区，电润湿显示器就在这个显示区上产生显示效果。为了便于图像元素的适当操作，电润湿显示器的像素显示区中的支撑板的区域在很大范围上必须疏水，因此要在显示区上设置疏水层。通常，在制造期间，先在支撑板中图像元素所处的区域上覆盖一层疏水层，再在疏水层上面沉积壁材料层，并且使用光刻法等方法来图案化该壁材料层，从而在疏水层上制造像元壁。由于像元壁是由亲水材料制成的，像元壁与疏水层之间的附着力比较弱，沉积在疏水层上面的像元壁容易从疏水层剥离掉。

为了解决疏水层和像元壁的结合问题，现有技术中采用的方法之一是，在疏水层上沉积壁材料层之前，先通过反应离子蚀刻等方法降低疏水层的疏水性，当形成像元壁之后，再将疏水层进行热处理，以便恢复其疏水性。然而，使用该方法制造的显示装置的质量并不令人满意。其他方法是使用光刻步骤，通过在暴露区域应用（例如）反应离子蚀刻、等离子体或UV臭氧处理而仅仅降低预定区域中的疏水性。缺点在于需要额外的光刻步骤以及伴随着增加的分层风险难以对均匀疏水面应用光刻处理。另外一种方法为：设置具有疏水层的支撑板；在疏水层上布置亲水材料形成像元壁；以及通过溶剂去除疏水层的表面层。但溶剂去除疏水层表面层难以控制，以及影响像元壁亲水材料对疏水层的粘附力。

以上方案均是在疏水层上设置壁材料，另一种方案为直接在支撑板上制作像元壁，再将疏水层材料覆盖像元壁和支撑板上，并通过在像元壁围成的凹槽中增加保护层后再刻蚀的方法，使得疏水层表面免受损伤，解决了因疏水层表面受损而引起的质量问题。但是，这种方法存在一个问题，就是当疏水层材料被刻蚀成像素格形状的图案后，由于疏水层和像元壁的粘结存在空隙，在多次开关后，会引起疏水层上方的水（或者是离子液体及诸如氯化钠水溶液的盐溶液）与下电极接触后短路的问题，从而影响器件的可靠性。

而且上述方案，均存在油类越过像元壁进入另一个像素格的风险。如WO 2003/071346中的方案，容易由加热而引起的绝缘层变形，导致其覆盖在(爬上) 像元壁的侧面，造成像素之间的亲水材料像元壁的表面积不够，从而引起油类越过像元壁跳入另一个像素格。而上述的直接在支撑板上制作像元壁的方案也存在像元壁侧面完全被疏水层材料包围，存在不能有效阻止油类越过跳入另一个像素格的风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高电润湿显示器性能的支撑板及其制造工艺，所述的制造工艺避免了由于疏水层被分割而导致的水（或者是离子液体及诸如氯化钠溶液的盐溶液）渗入疏水层与壁之间的间隙而导致的短路，可以有效阻止油类由于像元壁的亲水性差而进入另一像元壁构成的凹槽区域内（像素格）。

本发明所采用的技术方案是：一种提高电润湿显示器性能的支撑板的制造工艺，包括以下步骤：

1）提供支撑板，在其上设置第一层像元壁；

2）在具有第一层像元壁的支撑板上布置疏水层，所述疏水层覆盖第一层像元壁表面及第一层像元壁在支撑板上所围成的凹槽区域；

3）在所述凹槽区域设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述凹槽区域底部的疏水层；

4）对步骤3）中得到的支撑板进行表面改性，使得第一层像元壁上表面的疏水层变得亲水；

5）在步骤4）中得到的支撑板上设置第二层像元壁，所述第二层像元壁与第一层像元壁一一对应；具体地，可以先在支撑板表面整体设置像元壁材料，然后去除掉多余的部分，得到第二层像元壁。

优选地，所述第一层像元壁和第二层像元壁的材料为光刻胶。但是，第一层像元壁材料和第二层像元壁的材料可以不一致。

优选地，所述第一层像元壁的高度为大于2μm。

优选地，所述第一像元壁层和第二像元壁层的总高度为2~20μm，进一步优选地，所述第一像元壁层和第二像元壁层的总高度为3~15μm。

优选地，所述疏水层的厚度为100~2000nm；进一步优选地，所述疏水层的厚度为300~1000nm。

本发明的另一方面，提供一种提高电润湿显示器性能的支撑板，所述支撑板为使用上述的制造工艺所制造。

本发明还提供了一种电润湿显示器，包括所述的支撑板。

本发明的有益效果是：本发明的技术方案中，疏水层设置于第一层像元壁之上，然后通过疏水层表面改性在第一层像元壁上设置第二层像元壁，无需将疏水层表面分割成像素格尺寸的图案，保证了疏水层的完整性，从而阻止疏水层上方的水（或者是离子液体及诸如氯化钠水溶液的盐溶液）进入疏水层的边缘和像元壁材料之间的缝隙，避免了上下支撑板短路的问题。同时由于新增加的第二层像元壁完全不被疏水材料包围，可以有效阻止油类越过像元壁而进入另一个像元壁围成的凹槽区域内，提高器件质量。本发明可用于电润湿显示。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明实施例的电润湿显示器的像元结构的截面图；

图2是本发明实施例的电润湿显示器像元结构俯视图；

图3是本发明的电润湿显示器支撑板的制造工艺过程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1~图2所示，图1示出了电润湿显示器的部分横截面。该电润湿显示器包括多个像元2，在图中示出了其中的一个。像元2的横向范围在图中由两条虚线3和4表示。像元2包括第一支撑板5和第二支撑板6。这些支撑板5和6可以是每个像元2的分离的部件，但是优选地，这些支撑板5和6被多个像元2共有。支撑板5和6可以包括玻璃或聚合物基板7和6，并且可以是刚性的或柔性的。像元壁20设置在第一支撑板5上，更具体地为设置在电介质层16或第一电极17上，而不是疏水层15上，且以疏水层15为界，像元壁20分为上下两层：第一层像元壁201和第二层像元壁202。像元壁20一般由亲水材料制成，并在第一支撑板5上呈凸起状。

电润湿显示器1具有观看面8和背面9，可以观看由电润湿显示器1在观看面8上形成的图像显示。在图1中，第一支撑板5面向背面9，第二支撑板6面向观看面8，可选地，第一支撑板5可以面向观看面8。电润湿显示器1可以是反射型、透射型或透射反射型的。电润湿显示器1可以是分段显示型的，在其中图像可以由段组成，每一段包括几个像元2。电润湿显示器1可以是有源阵列驱动显示型的，或者是无源驱动显示器1。多个像元2可以是单色的。对于彩色显示器，像元2可以分组，每组具有不同的颜色。可选地，单独的图像元素也能够显示不同的颜色。

支撑板5和6间的空间10充满两种流体：第一流体11和第二流体12，第二流体12与第一流体11不混溶。第二流体12为导电性的或电极性的，可以是水或诸如氯化钠水溶液的盐溶液。优选地，第二流体12是透明的，但可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。第一流体11是非导电性的，例如可以是如同十六烷或（硅树脂）油的烷烃。

第一流体11吸收至少一部分光谱，第一流体11对于一部分光谱可以是透射的，形成颜色过滤器。为了这个目的，第一流体11可以通过添加颜料微粒或染料被染色。可选地，第一流体11可以是黑色，即充分地吸收光谱的所有部分，或者反射。反射层可以反射整个可见光谱，使该层呈现为白色，或反射它的部分，使其有颜色。

第一支撑板5包括绝缘（insulating）层13。绝缘层13可以是透明的或反射的，绝缘层13可以在像元2的壁之间延伸。然而，为避免在第二流体12以及布置在绝缘层13下的电极之间的短路，优选地，绝缘层13是在多个图像元素2上延伸的连续层，如图1中所示。优选地，绝缘层13的厚度少于2μm，更优选地，少于1μm。

绝缘层13可以全部是疏水层15，可选地，也可以包括疏水层15和电介质层16，疏水层15面向空间10，如图1中所示。疏水层15可以是DuPont公司提供的诸如AF1600、AF1600X或AF1601的非晶体含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物，如Cytop，Hyflon等。优选地，疏水层15的厚度在100nm~2000nm；进一步优选地，疏水层15的厚度在300nm~1000nm。电介质层16可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。

疏水层15的表面14的疏水特性使得第一流体11优先粘附至绝缘层13，因为第一流体11具有比第二流体12高的相对于绝缘层13的表面润湿性。润湿性涉及流体对固体表面的相对亲和性。

每个像元2包括作为支撑板5的一部分的电极17。电极17通过绝缘层13与流体分离；邻近像元2的电极被非导电层分离。其他层可以设置在绝缘层13和电极17之间。电极17可以是任何期望的形状或形式。在图1中仅示意性地表示出，通过信号线18向像元2的电极17提供电压信号。第二信号线19被连接至与导电的第二流体12接触的电极。当所有像元2被第二流体12流动地互相连接并且共享第二流体12而不被像元壁20阻断时，该第二电极由所有像元2共用。像元2可以由施加在信号线18和19间的电压控制。基板7上的电极17被耦连至显示驱动系统。在具有以阵列形式设置的像元2的显示器1中，在基板7上的第一电极17可以被耦连至控制线阵列。

第一流体11被沿着像元2横截面的像元壁20限制于一个像元2内。像元2的横截面可以具有任意形状。像元壁20可以从第一支撑板5向第二支撑板6延伸，但是也可以如图1所示从第一支撑板5向第二支撑板6部分地延伸。由虚线3和4表示的像元2的范围，由像元壁20的中心限定。由虚线21和22表示的像元2的像元壁20之间的区域被称为显示区域23，在其上产生显示效果。

图2示出第一支撑板5的疏水层15的平面图中的正方形像元2的阵列。图2中，中心像元2的范围（与图1中的虚线3和虚线4对应）由虚线25表示。线26表示像元壁20的内边界，该线也是显示区域23的边。像元壁20的图案覆盖第一区域27。

当没有电压施加在电极间时，第一流体11在像元壁20之间形成一层流体，如图1所示。施加电压会使第一流体11收缩，例如靠着像元壁20，如图1中虚线形状24所示。第一流体11的可控形状用于作为光阀操作像元2，在显示区域23提供显示效果。

在显示器1的制造过程中，包括电极17的电极结构被设置在基板7上。接着为防止上下支撑板5和6短路可以布置一层电介质层16，电介质层16可以是氧化硅层或氮化硅层，具有例如200nm的厚度。（也可以不布置电介质层16，直接用疏水层15当做绝缘层13）。

接着，参照图3所示，说明本发明的一种可以提高电润湿显示器性能的支撑板的制造工艺。

1）布置第一层像元壁201，如图3-a所示。具体地，用已知方法在第一区域27中的第一支撑板5的电介质层16上设置第一层像元壁201，或者第一支撑板5上不设置电介质层16，直接在电极17上布置第一像元壁201。已知方法的处理步骤包括在表面上布置像元壁20材料，布置像元壁20材料的方法可以是但是不限于旋涂、刮涂、狭缝涂布等方法。像元壁20材料为亲水材料，优选是光刻胶（例如，SU-8），预烘干该层壁材料，使用光刻图案化该层，以及从显示区域23去除像元壁20材料。第一层像元壁201的高度优选为不少于2μm。

2）在有第一层像元壁201的第一支撑板5上布置疏水层15，如图3-b。疏水层15覆盖第一层像元壁201表面及第一层像元壁201在支撑板上所围成的凹槽区域；疏水层15的材料可以是DuPont公司提供的诸如AF1600、AF1601或AF1600X的非晶体含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物，如Cytop、Hyflon等；可以设置在电介质层16的表面上。优选地，疏水层15的厚度在100nm~2000nm；进一步优选地，疏水层15的厚度在300nm~1000nm。可以但不限于用旋涂、狭缝涂布、丝网印刷等方法涂布。

疏水材料涂布在亲水材料上是可以紧密结合，所以疏水层15和第一层像元壁201之间是紧密结合的，不必担心使用过程中出现分层等问题。

3）制造的下一个步骤是布置保护层30，如图3-c。保护层30的材料优选是光刻胶，也可以是其他可以清洗掉的物质。保护层30位于在第一层像元壁201在支撑板上所围成的凹槽区域；至少要完全覆盖第一层像元壁201之间的凹槽底部的疏水层15，凹槽两侧的第一层像元壁201的侧面可以被覆盖部分或全部。保护层30可以为一层，也可以为两层或多层，可以选用光刻胶作为第一层材料，然后在光刻胶的上面布置另外一层材料。例如，采用可固化的液体材料作为的保护材料，这样其可以自动进入凹槽区域，完全覆盖疏水层15的位于显示区域23内的部分，且不覆盖或仅部分覆盖位于第一层像元壁201上部的疏水层15部分。

4）制造的下一个步骤是对具有保护层的支撑板进行表面改性，如图3-d。由于具有保护层保护，可以对支撑板表面进行整体改性处理，使得第一层像元壁201上表面的疏水层15变的亲水，而凹槽内被保护层30覆盖的疏水层15则不受表面改性的影响，依然保持疏水特性。表面改性的方法可包含物理方法及化学方法，具体地，表面改性的方法可以但不限于是反应离子刻蚀（RIE）及感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等其他方法。

5）制造的下一个步骤是布置第二层像元壁202，第二层像元壁202和第一层像元壁201一一对应。第二层像元壁202的材料可以和第一层像元壁201的材料相同或者有所区别，其材料可以是但不限于是光刻胶材料（如SU-8）。优选地，像元壁202为光刻胶材料，这样通过选择合适的光刻胶显影液，在形成第二层像元壁202的同时也可以去除保护层30，如图3-e、f所示。

第一层像元壁201和第二层像元壁202所组成的壁（像素墙）的高度在2μm~20μm，优选的是3μm~15μm。

步骤5）之后还可以包括去除保护层30的步骤。优选地，采用清洗的方法去除，保护层30清洗剂的选择采用可以有效去除保护层30但不损伤被保护的疏水层15以及不损伤像元壁20的溶液。例如，当保护层30选用光刻胶时，用光刻胶的显影液或去胶液（也可以用其他材料对应的清洗剂）进行清洗，清洗剂可以是有机溶液也可以是无机溶液。优选无机溶液，避免有机溶剂有残余物遗留于疏水层15表面影响其疏水性能。之后可以用纯水和（或）其他的物理和化学方法清洗。

去除保护层30后，为避免有机物残留，可选用UV臭氧清洗表面，此步骤也可省略。

在完成对第一支撑板5的制造后，使用已知方法施加第一流体11。在空间10已以已知方式被第二流体12填满以后，第一支撑板5和第二支撑板6使用例如压敏胶安装在一起，形成电润湿显示器。

虽然本发明参考上述电润湿显示器进行了阐明，但本发明也适用于其他电润湿装置，诸如电润湿光圈和快门的电润湿光学元件，以及芯片实验室（lab-on-a-chip）装置。本发明同样适用于如“一种电湿润支撑板”之类的发明名称。

本发明的技术方案，利用疏水材料涂布在亲水材料上是可以紧密结合，将疏水层设置于第一层像元壁之上，进一步地，通过对疏水层表面改性使其具有亲水性，然后在第一层像元壁上设置第二层像元壁，实现两层像元壁的紧密结合，这样无需破坏疏水层，保证了疏水层的完整性，从而阻止疏水层上方的水（或者是离子液体及诸如氯化钠水溶液的盐溶液）进入疏水层的边缘和像元壁材料之间的缝隙，避免了上下支撑板短路的问题。同时由于新增加的第二层像元壁完全不被疏水材料包围，可以有效阻止油类越过像元壁而进入另一个像元壁围成的凹槽区域内，提高器件质量。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。