一种制备电润湿显示支撑板的方法与流程

本发明涉及电润湿显示
技术领域：
，具体涉及一种制备电润湿显示支撑板的方法。
背景技术：
：电润湿是一种通过控制电压来调控基板表面材料的润湿性从而控制油墨运动的显示技术。电润湿显示装置包括流体腔室和电极结构，其中流体腔室包含不导电的第一流体(烷烃等)、导电的第二流体(水或盐溶液)，流体相互接触且不可混溶。诸如国际专利申请WO2003/071346中描述，电润湿腔室中壁图案设置在一个支撑板上，该图案限定显示装置的图像元素。图像元素的壁由亲水材料制成。在制造期间，支撑板中图像元素所处的区域由疏水层覆盖(疏水层必须具有良好的疏水亲油性，才能保证在去掉电压时，第一流体平铺于整个像素格内)。通过在疏水层上涂布壁材料层并且使用(例如)光刻法来图案化该壁材料层，从而在疏水层上制造壁，并由此界定了多个像素格，形成一系列容置腔用于容纳第一流体，不导电的第一流体便填充于像素墙所形成的显示区域内，其周围的像素墙用于阻挡第一流体流向周围像素格，从而得到稳定的显示结构。像素壁的表面需要较高的亲水性即疏油性以保证疏水的第一流体不会翻越像素壁流向周围像素格。然而，用于制备像素墙的材料的亲水性往往不能达到理想状态，当像素壁不够亲水时，会导致器件加电后油墨翻墙的情况出现。特别是当施加电压过大，或者像素格内油墨量较大时，更容易造成油墨的翻墙，到相邻像素格内。而一旦一个像素格的油墨与相邻像素格油墨接触，两个像素格内的油墨就会聚集于一个像素格内，而引起这一格内的油墨更容易翻墙与其他格内油墨聚集的情况，从而引起油墨聚集的连锁反应。当一个像素格内油墨进入另一个像素格时，该像素格由于油墨不足，当去掉外加电压时，油墨不能完全复位，从而造成显示装置的质量损坏。中国专利文献CN103809282A公开了一种减少电湿润显示组件驱动油墨翻墙的情形发生的方法，将布置在第一电极上的有机硅氧烷高分子层通过光交联反应而达到极性反转的目的，使高分子层转变成为具有共平面的亲水区以及疏水区的图案层，以此来减少电湿润显示组件驱动中油墨翻越的情形发生。但是该方法形成的疏水区和亲水区在一个平面上，仍不能有效阻止所谓的跳墨现象。而且有机硅氧烷吸水性强，热不稳定，极易水解变亲水。因此，为防止油墨翻越像素墙，仍然需要寻找一个新的方法。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够防止油墨翻越像素墙的制备电润湿显示支撑板的方法。本发明所采取的技术方案是：一种制备电润湿显示支撑板的方法，包括以下步骤：制备具有电极层的基板；在具有电极层的基板上制备疏水性绝缘层和像素墙，所述像素墙由亲水材料制成；对具有像素墙的基板整体进行等离子体刻蚀，等离子体刻蚀的功率为30-1000W/m2；将等离子体刻蚀后的基板加热，使疏水性绝缘层恢复疏水性。在一些具体的实施方式中，等离子体刻蚀的时间为10-300s。在一些具体的实施方式中，刻蚀后所述疏水性绝缘层的厚度为200-2000nm。在一些具体的实施方式中，刻蚀后所述像素墙的厚度为2-20μm。在一些具体的实施方式中，等离子体刻蚀后的基板加热的温度为140-250℃。在一些具体的实施方式中，所述疏水性绝缘层为单层结构或复合层结构，当所述疏水性绝缘层为复合层结构时，所述疏水性绝缘层包括电介质层和设于所述电介质层上的疏水层。在上述技术方案的优选的实施方式中，所述疏水性绝缘层为单层结构，所述疏水性绝缘层的材料为无定形含氟聚合物。在上述技术方案的优选的实施方式中，所述疏水性绝缘层为复合层结构，所述电介质层的材料为含氟聚合物或无机材料，所述疏水层的材料为无定形含氟聚合物。在一些具体的实施方式中，在具有电极层的基板上制备疏水性绝缘层和像素墙的具体步骤包括：在电极层上制备疏水性绝缘层；对疏水性绝缘层进行亲水性改性；在改性后的疏水性绝缘层上制备像素墙。本发明的有益效果是：采用等离子体刻蚀的方法能够提高材料的亲水性广为人知，但是本
技术领域：
的技术人员都认为在采用等离子体刻蚀的方法提高像素墙亲水性的同时会将疏水性绝缘层的疏水性下降，从而破坏电润湿器件的功能，采用加热处理能够使疏水性绝缘层的疏水性恢复，但是加热过程会使的像素墙的亲水性又再次受到影响，所以直接对显示支撑板进行等离子体刻蚀存在难以保证像素墙亲水性和疏水性绝缘层的疏水性的矛盾，所以本领域的技术人员存在无法将等离子体刻蚀用于电润湿器件的显示支撑板制备的技术偏见。常规方法是采用具有像素墙图案的掩模板对像素墙进行局部等离子体刻蚀，但是实践中发现机械加工制备的掩模板精度往往难以达到显示器像素显示精度要求，且掩模板与像素结构难以实现精准对位，掩模板精度不足或对位出现偏差，就会降低像素墙临近疏水层的疏水性，影响器件性能。该种掩模刻蚀的方法工艺难度大，操作困难。而本发明发现控制等离子体刻蚀的功率为30-1000W/m2，在等离子体刻蚀后再进行加热处理，通过控制温度，能够保证疏水性绝缘层的疏水性，同时不影响像素墙的亲水性，消除了等离子体刻蚀处理显示支撑板会影响疏水性绝缘层质量的技术偏见，采用等离子体刻蚀工艺处理显示支撑板后，像素墙的亲水性得到提高，疏水层虽然会被刻蚀掉一部分，但是剩余的部分经过加热处理后，由于目前常用的疏水性绝缘层的熔融温度低于目前常用的像素墙材料的熔融温度，加热处理保证了疏水性绝缘层恢复其疏水性，而像素墙依然能够保有等离子体刻蚀处理后的亲水特性，使得得到的显示支撑板能够消除油墨翻越像素墙的问题。因此，该方法简单易行，无须使用掩模板，无需加涂保护层，工艺简单不繁琐，解决了由于油墨翻越像素墙而出现坏点的问题，提高了像素开关的稳定性，因此提高了产品的质量和可靠性。附图说明图1为实施例1的电润湿显示装置在显微镜下观察电压驱动油墨的观察结果。图2为普通的电润湿显示装置在显微镜下观察电压驱动油墨的观察结果。图3为实施例1的电润湿显示装置的像元结构的截面图。图4为实施例1的显示下基板的局部俯视图。具体实施方式实施例1：首先制备具有电极层的基板；在电极层上制备疏水性绝缘层，疏水性绝缘层为单层的Cytop氟树脂材料，厚度为500nm；对疏水性绝缘层进行亲水性改性；在改性后的疏水性绝缘层上采用光刻工艺制备像素墙，所述像素墙由亲水材料光刻胶SU8-3005制成，厚度为8μm；对具有像素墙的基板进行等离子体刻蚀，等离子体刻蚀的功率为100W/m2，刻蚀时间为100s，刻蚀后像素墙的厚度为7.8μm，刻蚀后疏水性绝缘层的厚度为400nm；将等离子体刻蚀后的基板于180℃下烘烤，使疏水性绝缘层恢复疏水性，得到电润湿显示支撑板。分别对等离子体刻蚀前的像素墙、等离子体刻蚀后的像素墙和热处理后的像素墙进行水滴角测试，得到实验结果如表1。分别对亲水性改性前的疏水性绝缘层、等离子体刻蚀后的疏水性绝缘层和热处理后的疏水性绝缘层进行水滴角测试，得到实验结果如表2。表1像素墙的水滴角测试结果初始前进角初始后退角刻蚀后前进角刻蚀后后退角热处理后前进角热处理后后退角92±5°70±5°15±5°15±5°72±5°35±5°表2疏水性绝缘层的水滴角测试结果初始前进角初始后退角刻蚀后前进角刻蚀后后退角热处理后前进角热处理后后退角110±5°100±5°105±5°45±10°110±5°100±5°由表1和表2，可以看到，像素墙材料在空气中与水的接触角为a1，刻蚀后像素墙材料在空气中与水的接触角为a2，加热处理后像素墙材料在空气中与水的接触角为a3，a2<a3<a1，经过刻蚀后的像素墙亲水性明显增强，再经过热处理后亲水性略有所减弱，但是相对于刻蚀之前，像素墙的亲水性仍然是提升的，说明仍然保留有等离子体刻蚀后的亲水性。而疏水性绝缘层在刻蚀后疏水性明显减弱，但是热处理后疏水性得以恢复，说明本发明所述的电润湿显示支撑板的制备方法能够在不改变疏水性绝缘层的疏水性的前提下，有效提升像素墙的亲水性。加热温度控制为T2，疏水绝缘层恢复疏水性所需温度为T1，改变像素墙材料的亲水性所需温度为T3，在本实施例中T2为140-250℃，T1<T2<T3，所以能够使得在提高像素墙亲水性的同时保证疏水性绝缘层的疏水性不受影响。本发明所述显示支撑板可以用于各种电润湿器件，如电润湿显示装置、芯片实验室(lab-on-a-chip)装置、电润湿光圈、电润湿快门等，下面以电润湿限制装置为例进行阐明。向所得的显示支撑板填充油墨和电解质溶液，将其与另一支撑板封装，制备得到电润湿显示器件，在显微镜下观察电压驱动油墨的现象，得到观察结果如图1。进行对比试验，采用同样的材料，控制像素墙、疏水性绝缘层的材料与实施例1相同，像素墙、疏水性绝缘层的厚度与实施例1中离子刻蚀后像素墙、疏水性绝缘层的厚度相同，制备得到一常规方法得到的电润湿显示器件，在显微镜下观察电压驱动油墨的现象，得到观察结果如图2。从图1和图2中可以看到，本发明所述方法制备得到的电润湿显示器件没有发生油墨翻越的问题，而常规方法制备得到的电润湿显示器件由于像素墙的亲水性不够，存在油墨翻越的问题。采用实施例1中的显示支撑板制备得到的电润湿显示装置的部分横截面图如图3所示，显示下基板的局部俯视图如图4所示。显示装置1包括多个像元2，在图1中仅示出了其中一个像元2。像元2的横向范围在图中由两条虚线3和4表示。像元2包括显示支撑板5(即下支撑板)和上支撑板。这些显示支撑板5和上支撑板6可以是每个像元2的分离的部件，也可以为多个像元2共有。支撑板5和6可以分别包括基板7和6，基板6和7为玻璃或聚合物，可为刚性基板或柔性基板。像素墙20设置在显示支撑板5上，在本实施例中，像素墙20设置在显示支撑板5的疏水性绝缘层13上。显示装置具有观看面8和背面9，可以观看由显示装置在观看面8上形成的图像或显示。在图中，显示支撑板5面向背面9；上支撑板6面向观看面；可选地，显示支撑板5可以面向观看面8。显示装置可以是反射型、透射型或透射反射型的。显示装置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。显示装置可以是有源阵列驱动显示型的，或者是无源驱动显示装置。多个像元可以是单色的。对于彩色显示装置，像元可以分组，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。显示支撑板5和上支撑板6之间的空间10充满两种流体：第一流体11(通常为油墨)和第二流体12(通常为电解质溶液)。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钾水溶液的盐溶液。优选地，第二流体12是透明的，但也可以是彩色的、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。显示支撑板5包括疏水性绝缘层13。疏水性绝缘层13可以是透明的或反射的，为避免在第二流体12以及布置在绝缘层下的电极之间的短路，优选地，疏水性绝缘层13是在多个像元2上延伸的连续层，如图3中所示。第一流体11优先粘附至疏水性绝缘层13，因为第一流体具有比第二流体12高的相对于疏水性绝缘层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包括作为显示支撑板5的一部分的电极17。电极17通过疏水性绝缘层13与流体分离；电极17可以是任何期望的形状或形式。在图中示意性地表示出，通过信号线18向像元的电极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。当所有元件被第二流体12流动地互相连接并且共享第二流体而不被壁阻断时，该电极由所有元件共用。像元2可以由施加在信号线18和19间的电压V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的显示装置中，在基板7上电极可以被耦连至控制线阵列。第一流体11被沿着像元横截面的壁20(即像素墙)限制于一个像元。像元的横截面可以具有任意形状；当像元以阵列形式排列时，横截面通常是正方形或长方形。虽然壁被认为是布置在疏水性绝缘层13之上凸出的结构，但它们也可以是支撑板排斥(repel)第一流体11的表面层，例如亲水层或弱疏水层。壁可以从显示支撑板向第二支撑板延伸，但是也可以如图1所示从显示支撑板向第二支撑板部分地延伸。由虚线3和4表示的像元的范围，由壁20的中心限定。由虚线21和22表示的像元的壁之间的区域被称为显示区域23，其上产生显示效果。图4示出显示支撑板5的正方形像元的俯视图。图4中，中心像元的范围(与图3中的虚线3和虚线4对应)由虚线16表示。线15表示像素墙20的内边界；该线也是显示区域23的边。像素墙20的图案覆盖第一区域14。当没有电压施加在电极间时，第一流体11在像素墙20之间形成一层，如图3所示。施加电压会使第一流体收缩(contract)，例如靠着壁，如图3中虚线形状24所示。第一流体的可控形状用于作为光阀操作像元，在显示区域23提供显示效果。实施例2：首先制备具有电极层的基板；在电极层上制备疏水性绝缘层，疏水性绝缘层为单层的Hyflon材料，厚度为600nm；对疏水性绝缘层进行亲水性改性；在改性后的疏水性绝缘层上采用光刻工艺制备像素墙，所述像素墙由亲水材料光刻胶KMPR制成，厚度为4μm；对具有像素墙的基板进行等离子体刻蚀，等离子体刻蚀的功率为100W/m2，刻蚀时间为100s，刻蚀后像素墙的厚度为3.8μm，刻蚀后疏水性绝缘层的厚度为550nm；将等离子体刻蚀后的基板于180℃下烘烤，使疏水性绝缘层恢复疏水性，得到电润湿显示支撑板。分别对等离子体刻蚀前的像素墙、等离子体刻蚀后的像素墙和热处理后的像素墙进行水滴角测试，得到实验结果如表3。分别对亲水性改性前的疏水性绝缘层、等离子体刻蚀后的疏水性绝缘层和热处理后的疏水性绝缘层进行水滴角测试，得到实验结果如表4。表3像素墙的水滴角测试结果初始前进角初始后退角刻蚀后前进角刻蚀后后退角热处理后前进角热处理后后退角95±5°65±5°15±5°15±5°70±5°38±5°表4疏水性绝缘层的水滴角测试结果初始前进角初始后退角刻蚀后前进角刻蚀后后退角热处理后前进角热处理后后退角120±5°110±5°115±5°50±10°120±5°115±5°实施例3：首先制备具有电极层的基板；在具有电极层的基板上制备像素墙，所述像素墙由亲水材料光刻胶SU8-3005制成，厚度为25μm；在所述像素墙表面及像素墙在基板上所围成的凹槽区域覆盖一层疏水性绝缘层，疏水性绝缘层材料为非晶体含氟聚合物Cytop，厚度为2000nm；将带有疏水层的基板加热，直至疏水层材料玻璃化，疏水层与像素墙紧密粘附；在疏水层上设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述像素墙围城的凹槽区域底部的疏水层；去除像素墙上表面的疏水层；去除保护层；对具有像素墙的基板进行等离子体刻蚀，等离子体刻蚀的功率为1000W/m2，刻蚀时间为300s，刻蚀后像素墙的厚度为20μm，刻蚀后疏水性绝缘层材料厚度为200nm；将等离子体刻蚀后的基板于140℃下烘烤，使疏水性绝缘层恢复疏水性，得到电润湿显示支撑板。实施例4：首先制备具有电极层的基板；在具有电极层的基板上制备一层电介质层，电介质层是氧化硅层或氮化硅层，200nm的厚度；再在电介质层上制备像素墙，所述像素墙由亲水材料光刻胶SU8-3005制成，厚度为2μm；在所述像素墙表面及像素墙在基板上所围成的凹槽区域覆盖一层疏水层，疏水层材料为AF1600，厚度为2000nm；将带有疏水层的基板加热，直至疏水层材料玻璃化，疏水层与像素墙紧密粘附；在疏水层上设置至少一层保护层，并使所述保护层至少完全覆盖所述像素墙围城的凹槽区域底部的疏水层；去除像素墙上表面的疏水层；去除保护层；对具有像素墙的基板进行等离子体刻蚀，等离子体刻蚀的功率为30W/m2，刻蚀时间为10s，刻蚀后像素墙的厚度为2μm，刻蚀后疏水层与电介质层的总厚度为2000nm；将等离子体刻蚀后的基板于250℃下烘烤，使疏水层恢复疏水性，得到电润湿显示支撑板。当前第1页1 2 3