一種提高電潤濕裝置可靠性的方法、電潤濕支撐板及電潤濕裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高電潤濕裝置可靠性的方法，該方法包括以下步驟：在支撐板上制造像元壁；在像元壁表面及像元壁在支撐板上所圍成的凹槽區(qū)域覆蓋一疏水層；將帶有疏水層的支撐板進(jìn)行加熱使疏水層與像元壁緊密粘附；在疏水層上設(shè)置保護(hù)層，并使保護(hù)層完全覆蓋所述像元壁圍成的凹槽區(qū)域底部的疏水層；去除像元壁上表面的疏水層并去除保護(hù)層。本發(fā)明還提供了由該方法得到的電潤濕裝置支撐板及包括該支撐板的電潤濕裝置，本發(fā)明減少或避免電潤濕裝置上下支撐板的短路擊穿的現(xiàn)象，提高了器件的可靠性。本發(fā)明可用于電潤濕裝置。
【專利說明】—種提高電潤濕裝置可靠性的方法、電潤濕支撐板及電潤濕裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高電潤濕裝置可靠性的方法，及由此方法得到的電潤濕支撐板和包括該支撐板的電潤濕裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電潤濕又名電濕潤，目前電潤濕顯示技術(shù)已經(jīng)有了普遍的應(yīng)用，它提供一種基于電潤濕技術(shù)的顯示單元，包括流體腔室和電極結(jié)構(gòu)，其中流體腔室包含導(dǎo)電流體和不導(dǎo)電流體，流體相互接觸且不可混溶，其中電極結(jié)構(gòu)包含與導(dǎo)電流體接觸的第一電極和設(shè)置在腔室壁處的第二電極裝置。
[0003]國際專利申請W02003/071346中描述了一種電潤濕顯示裝置，它包括兩個支撐板，在其中一個支撐板上設(shè)置有壁圖案即像元壁，像元壁限定了顯示裝置的圖像元素，像元壁之間所形成的區(qū)域就是顯示區(qū)，電潤濕顯示裝置就在這個顯示區(qū)上產(chǎn)生顯示效果。為了便于圖像元素的適當(dāng)操作，電潤濕顯示裝置的像素顯示區(qū)中的支撐板的區(qū)域在很大范圍上必須疏水，因此要在顯示區(qū)上設(shè)置疏水層。在制造期間，先在支撐板中圖像元素所處的區(qū)域上覆蓋一層疏水層，再在疏水層上面沉積壁材料層，并且使用光刻法等方法來圖案化該壁材料層，從而在疏水層上制造壁。
[0004]由于像元壁是由親水材料制成的，壁材料層與疏水層之間的附著力比較弱，沉積在疏水層上面的壁材料層容易從疏水層剝離掉。為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)中采用的方法之一是，在疏水層上沉積壁材料層之前，先通過反應(yīng)離子蝕刻等方法降低疏水層的疏水性，當(dāng)形成壁之后，再將疏水層進(jìn)行熱處理，以便恢復(fù)其疏水性。然而，使用該方法制造的顯示裝置的質(zhì)量并不令人滿意。其他方法是使用光刻步驟，通過在暴露區(qū)域應(yīng)用(例如)反應(yīng)離子蝕刻、等離子體或UV臭氧處理而僅僅降低預(yù)定區(qū)域中的疏水性。缺點在于需要額外的光刻步驟以及伴隨著增加的分層風(fēng)險難以對均勻疏水面應(yīng)用光刻處理。另外一種方法為:設(shè)置具有疏水層的支撐板；在疏水層上布置親水材料的圖案；以及通過溶劑去除疏水層的表面層。但溶劑去除疏水層表面層難以控制，以及影響親水材料對疏水層的粘附力?，F(xiàn)有技術(shù)中所采取的一種方案為，先在支撐板上制作像元壁，再將疏水層材料覆蓋像元壁和支撐板上，并通過在像元壁圍成的凹槽中增加保護(hù)層后再刻蝕的方法，使得疏水層表面免受損傷，解決了因疏水層表面受損而引起的質(zhì)量問題。但是，這種方法存在一個問題，就是當(dāng)疏水層材料被刻蝕成像素格形狀的圖案后，由于疏水層和壁材料的粘結(jié)存在空隙，在多次開關(guān)后，會引起疏水層上方的水(或者是離子液體及諸如氯化鈉水溶液的鹽溶液)與下電極接觸后短路的問題，從而影響器件的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種提高電潤濕裝置可靠性的方法，該方法解決了電潤濕裝置上下支撐板短路擊穿的問題，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性。本發(fā)明另外提供了一種電潤濕裝置支撐板及具有該支撐板的電潤濕裝置。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種提高電潤濕裝置可靠性方法，包括以下步驟:
1)在一支撐板上制造像元壁，所述像元壁由親水材料制成，并在所述支撐板上呈凸起狀；
2)在步驟I)所述的像元壁表面及像元壁在支撐板上所圍成的凹槽區(qū)域覆蓋一疏水層；
3)將步驟2)的帶有疏水層的支撐板進(jìn)行加熱，直至疏水層材料玻璃化，疏水層與像元壁緊密粘附；
4)在步驟3)所述的疏水層上設(shè)置至少一層保護(hù)層，并使所述保護(hù)層至少完全覆蓋所述像元壁圍成的凹槽區(qū)域底部的疏水層；
5)去除像元壁上表面的疏水層；
6)去除保護(hù)層。
[0007]優(yōu)選地，所述像元壁材料為光刻膠。
[0008]優(yōu)選地，所述像元壁的高度大于2 μ m。
[0009]優(yōu)選地，所述疏水層的厚度為100nnT2000nm。
[0010]步驟3)中，加熱的溫度可選用高于疏水材料玻璃化的溫度，優(yōu)選地，所述的加熱溫度為 150。。?260。。。
[0011]優(yōu)選地，所述加熱處理后的像元壁高度控制為2MflT20Mffl。
[0012]優(yōu)選地，步驟5)中去除像元壁上表面的疏水層后，所述像元壁高度控制為2μιτΓ20μ?ηο
[0013]本發(fā)明的另一方面，提供一種電潤濕裝置支撐板，所述電潤濕裝置支撐板為使用上述的方法所制備。
[0014]一種電潤濕裝置，包括所述的電潤濕裝置支撐板。進(jìn)一步地，所述電潤濕裝置為電潤濕顯示裝置。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的技術(shù)方案先在支撐板上設(shè)置像元壁，再在親水的像元壁上設(shè)置疏水層，完全不存在附著力弱的問題。進(jìn)一步的，通過加熱，消除疏水層和像元壁之間的縫隙，使之緊密粘合，然后去除像元壁上表面的疏水層，這樣減少或避免電潤濕裝置上下支撐板的短路擊穿的現(xiàn)象，提高了器件的可靠性。
[0016]本發(fā)明可用于電潤濕裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明:
圖1是本發(fā)明實施例的電潤濕顯示裝置的像元結(jié)構(gòu)的截面圖；
圖2是本發(fā)明實施例的電潤濕顯示裝置像元結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖3-8是本發(fā)明的制備電潤濕裝置支撐板的過程示意圖。

【具體實施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0019]如圖f圖2所示，圖1以電潤濕顯示裝置I的形式示出了電潤濕裝置的部分橫截面。該顯示裝置包括多個像元2，在圖中示出了其中的一個。像元2的橫向范圍在圖中由兩條虛線3和4表示。像元2包括第一支撐板5和第二支撐板6。這些支撐板5和6可以是每個像元2的分離的部件，但是優(yōu)選地，這些支撐板5和6被多個像元2共有。支撐板5和6可以包括玻璃或聚合物基板6和7，并且可以是剛性的或柔性的。像元壁20設(shè)置在第一支撐板5上，更具體地為設(shè)置在電介質(zhì)層16或第一電極17上，而不是疏水層15上。
[0020]電潤濕顯示裝置I具有觀看面8和背面9，可以觀看由電潤濕顯示裝置I在觀看面8上形成的圖像顯示。在圖1中，第一支撐板5面向背面9，第二支撐板6面向觀看面8，可選地，第一支撐板5可以面向觀看面8。電潤濕顯示裝置I可以是反射型、透射型或透射反射型的。電潤濕顯示裝置I可以是分段顯示型的，在其中圖像可以由段組成，每一段包括幾個像元2。電潤濕顯示裝置I可以是有源陣列驅(qū)動顯示型的，或者是無源驅(qū)動顯示裝置I。多個像元2可以是單色的。對于彩色顯示裝置，像元2可以分組，每組具有不同的顏色。可選地，單獨的圖像元素也能夠顯示不同的顏色。
[0021]支撐板5和6間的空間10充滿兩種流體:第一流體11和第二流體12，第二流體12與第一流體11不混溶。第二流體12為導(dǎo)電性的或電極性的，可以是水或諸如氯化鈉水溶液的鹽溶液。優(yōu)選地，第二流體12是透明的，但可以是彩色的、白色的、吸收的或反射的。第一流體11是非導(dǎo)電性的，例如可以是如同十六烷或(硅樹脂)油的烷烴。
[0022]第一流體11吸收至少一部分光譜，第一流體11對于一部分光譜可以是透射的，形成顏色過濾器。為了這個目的，第一流體11可以通過添加顏料微?；蛉玖媳蝗旧?。可選地，第一流體11可以是黑色，即充分地吸收光譜的所有部分，或者反射。反射層可以反射整個可見光譜，使該層呈現(xiàn)為白色，或反射它的部分，使其有顏色。
[0023]第一支撐板5包括絕緣(insulating)層13。絕緣層13可以是透明的或反射的，絕緣層13可以在像元2的壁之間延伸。如圖1中所示。優(yōu)選地，絕緣層13的厚度少于2Mm，更優(yōu)選地，少于I Mm。
[0024]絕緣層13可以全部是疏水層15,可選地,也可以包括疏水層15和電介質(zhì)層16,疏水層15面向空間10，如圖1中所示。疏水層15可以是DuPont公司提供的諸如AF1600、AF1600X或AF1601的非晶體含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物，如Cytop，Hyflon等。優(yōu)選地，疏水層15的厚度在200nnT2000nm，進(jìn)一步優(yōu)選地，在30(Tl000nm。電介質(zhì)層16可以是氧化硅層或氮化硅層，具有例如200nm的厚度。
[0025]疏水層15的表面14的疏水特性使得第一流體11優(yōu)先粘附至絕緣層13，因為第一流體11具有比第二流體12高的相對于絕緣層13的表面潤濕性。潤濕性涉及流體對固體表面的相對親和性。
[0026]每個像元2包括作為支撐板5的一部分的電極17。電極17通過絕緣層13與流體分離；鄰近像元2的電極被非導(dǎo)電層分離。其他層可以設(shè)置在絕緣層13和電極17之間。電極17可以是任何期望的形狀或形式。在圖1中僅示意性地表示出，通過信號線18向像元2的電極17提供電壓信號。第二信號線19被連接至與導(dǎo)電的第二流體12接觸的電極。當(dāng)所有像元2被第二流體12流動地互相連接并且共享第二流體12而不被像元壁20阻斷時，該第二電極由所有像元2共用。像元2可以由施加在信號線18和19間的電壓控制。基板7上的電極17被耦連至顯示驅(qū)動系統(tǒng)。在具有以陣列形式設(shè)置的像元2的顯示裝置I中，在基板7上的第一電極17可以被耦連至控制線陣列。
[0027]第一流體11被沿著像元2橫截面的像元壁20限制于一個像元2內(nèi)。像元2的橫截面可以具有任意形狀。當(dāng)像元2以陣列形式排列時，橫截面通常是正方形或長方形。雖然像元壁20被示為從絕緣層13突出的結(jié)構(gòu)，但它們也可以是第一支撐板5的排斥(repel)第一流體11的表面層，例如親水層或弱疏水層15。像元壁20可以從第一支撐板5向第二支撐板6延伸，但是也可以如圖1所示從第一支撐板5向第二支撐板6部分地延伸。由虛線3和4表示的像元2的范圍，由像元壁20的中心限定。由虛線21和22表示的像元2的像元壁20之間的區(qū)域被稱為顯示區(qū)域23，在其上產(chǎn)生顯示效果。
[0028]圖2示出第一支撐板5的疏水層15的平面圖中的正方形像元2的陣列。圖2中，中心像元2的范圍(與圖1中的虛線3和虛線4對應(yīng))由虛線25表示。線26表示像元壁20的內(nèi)邊界，該線也是顯示區(qū)域23的邊。像元壁20的圖案覆蓋第一區(qū)域27。
[0029]當(dāng)沒有電壓施加在電極間時，第一流體11在像元壁20之間形成一層流體，如圖1所示。施加電壓會使第一流體11收縮(contract)，例如靠著像元壁20，如圖1中虛線形狀24所示。第一流體11的可控形狀用于作為光閥操作像元2，在顯示區(qū)域23提供顯示效果。
[0030]在顯示裝置I的制造過程中，包括電極17的電極結(jié)構(gòu)被設(shè)置在基板7上。接著為防止上下支撐板5和6短路可布置一層電介質(zhì)層16,電介質(zhì)層16可以是氧化娃層或氮化娃層，具有例如200nm的厚度。(也可以不布置電介質(zhì)層16，直接用疏水層15當(dāng)做絕緣層13)。
[0031]如圖3?圖8所示，本發(fā)明的一種提高電潤濕裝置可靠性的方法，包括如下步驟: I)布置像元壁20 (圖3)。可以用已知方法將其設(shè)置在第一區(qū)域27中的第一支撐板5
的電介質(zhì)層16的表面上或第一電極17上，已知方法的處理步驟可包括在表面上旋涂像元壁20材料，像元壁20材料可以是光刻膠(例如，SU-8)，預(yù)烘干該層壁材料，使用光刻圖案化該層，以及從顯示區(qū)域23去除像元壁20材料。
[0032]2)在有像元壁20的圖案的第一支撐板5上布置疏水層15 (圖4)。疏水層15的材料可以是DuPont公司提供的諸如AF1600、AF1601或AF1600X的非晶體含氟聚合物，或者任何其他低表面能聚合物，可以設(shè)置在電介質(zhì)層16的表面上。優(yōu)選地，疏水層15的厚度在100nnT2000nm ;進(jìn)一步優(yōu)選地，疏水層15的厚度在300nnTl000nm。可以但不限于用旋涂、涂布、絲網(wǎng)印刷等方法涂布。
[0033]這樣做是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的存在的技術(shù)問題的，現(xiàn)有技術(shù)工藝是先在支撐板5上布置疏水層15，再布置像元壁20的親水材料，這樣像元壁20與疏水層15之間就會存在附著力弱的問題。根據(jù)本發(fā)明的方法是先布置帶圖案的親水材料(像元壁20)，再在親水材料上布置疏水材料(如疏水層15)，完全不存在附著力弱的問題。像元壁20高度優(yōu)選為大于2 μ m0
[0034]3)對帶有絕緣層13的第一支撐板5進(jìn)行加熱，直至疏水層15材料玻璃化，疏水層15與像元壁20緊密粘附。(圖5)
加熱設(shè)備可以是:加熱爐、加熱烤箱和加熱板等。一般采用疏水層15材料的玻璃化溫度以上溫度進(jìn)行加熱，優(yōu)選地，150°C ?260°C。加熱時間可設(shè)置為足夠使得疏水層15與親水像元壁20材料粘附緊密的時間以上，使像元壁20與疏水層15之間的縫隙28粘合。降溫方式可選用自然冷卻降溫或者加速冷卻降溫。
[0035]親水材料構(gòu)成的像元壁20在加熱后高度可能發(fā)生變化，加熱處理后的親水像元壁20材料的高度控制在2MnT20Mm。
[0036]4)制造的下一個步驟是布置保護(hù)層30 (圖6)。保護(hù)層30的材料可以是光刻膠，也可以是其他可以清洗掉的物質(zhì)。保護(hù)層30位于像元壁20在支撐板上所圍成的凹槽區(qū)域；至少要完全覆蓋像元壁20之間的凹槽底部的疏水層15，凹槽兩側(cè)的像元壁20的側(cè)面可以被覆蓋部分或全部。保護(hù)層30可以為一層，也可以為兩層或多層，可以選用光刻膠作為第一層材料，然后在光刻膠的上面布置另外一層或多層材料。
[0037]雖然基本光滑的疏水層15和保護(hù)層30存在粘附性問題，但由于疏水層15存在凹凸區(qū)別的區(qū)域(如像元壁20所包圍的凹槽區(qū)域，即顯示區(qū)域23)，保護(hù)層30材料在液態(tài)時會自動進(jìn)入所述凹槽區(qū)域，完全覆蓋疏水層15的位于顯示區(qū)域23內(nèi)的部分，且不覆蓋或僅部分覆蓋疏水層15的位于像元壁20上部的部分。然后，再烘干保護(hù)層30固化，保護(hù)層30保護(hù)了凹下部分，即顯示區(qū)域23內(nèi)的疏水層15將不受后續(xù)處理的損傷。制造保護(hù)層30的方法可以是但不限于旋涂、刮涂、涂布、淋涂、絲網(wǎng)印刷等。
[0038]5)制造的下一個步驟是清除像元壁20上表面的疏水層15 (圖7)。為了使疏水層15被清除完全，可以增加清除程度以去除部分疏水層15下面的像元壁20材料。去除疏水層15后像元壁20的高度可控制在2MflT20Mffl。允許清除的同時，去除部分保護(hù)層30材料，但不允許保護(hù)層30下的疏水層15暴露或被去除?？梢圆捎每涛g的方法清除疏水層，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)等，但并不局限于這些方法。
[0039]6)制造的下一個步驟是清洗保護(hù)層30 (圖8)。保護(hù)層30清洗劑的選擇采用可以有效去除保護(hù)層30但不損傷被保護(hù)的疏水層15以及不損傷像元壁20的溶液。例如，當(dāng)保護(hù)層30選用光刻膠(也可以使用可去除的其他材料，保護(hù)層30可以為一層，也可以是多層)時，用光刻膠的顯影液或去膠液(也可以用其他材料對應(yīng)的清洗劑)進(jìn)行清洗，清洗劑可以是有機溶液也可以是無機溶液。優(yōu)選無機溶液，避免有機溶劑有殘余物遺留于疏水層15表面影響其疏水性能。之后可以用純水和(或)其他的物理和化學(xué)方法清洗。
[0040]清洗保護(hù)層30后，為避免有機物殘留，可選用UV臭氧清洗表面，此步驟也可省略。
[0041]本發(fā)明另外提供的一種電潤濕裝置支撐板，是由上述的制備方法制備而成。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在上述步驟6)后，該方法還可以包括熱處理支撐板的步驟(也可以不包括)，從而對疏水層15及其表面進(jìn)行干燥。根據(jù)本發(fā)明的對非晶體氟聚合物的熱處理步驟可以在低于220°C的溫度執(zhí)行，或者優(yōu)選地在低于160°C的溫度執(zhí)行。該較低的溫度不影響親水材料的親水性。
[0043]在完成對第一支撐板5的制造后，使用已知方法施加第一流體11。在空間10已以已知方式被第二流體12填滿以后，第一支撐板5和第二支撐板6使用例如壓敏膠安裝在一起，形成電潤濕顯示裝置。
[0044]雖然本發(fā)明參考上述電潤濕顯示裝置進(jìn)行了闡明，但本發(fā)明適用于疏水層15布置于像元壁20上的其他電潤濕裝置。其他電潤濕裝置的實例是諸如電潤濕光圈和快門的電潤濕光學(xué)元件，以及芯片實驗室(lab-on-a-chip)裝置。本發(fā)明同樣適用于如“一種制備電濕潤支撐板”之類的發(fā)明名稱。
[0045]本發(fā)明的技術(shù)方案方法是先布置帶圖案的親水材料(像元壁20)，再在親水材料上布置疏水材料(如疏水層15)，完全不存在附著力弱的問題。進(jìn)一步的，通過加熱，消除疏水層15和像元壁20之間的縫隙28，使疏水層15和像元壁20之間緊密粘合，然后去除像元壁20上表面的疏水層15。從而得到的適用于電潤濕裝置的支撐板，減少或避免電潤濕裝置上下支撐板的短路擊穿的現(xiàn)象，提高了器件的可靠性。
[0046]以上是對本發(fā)明的較佳實施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在一支撐板上制造像元壁，所述像元壁由親水材料制成，并在所述支撐板上呈凸起狀； 2)在步驟I)所述的像元壁表面及像元壁在支撐板上所圍成的凹槽區(qū)域覆蓋一疏水層； 3)將步驟2)的帶有疏水層的支撐板進(jìn)行加熱，直至疏水層材料玻璃化，疏水層與像元壁緊密粘附； 4)在步驟3)所述的疏水層上設(shè)置至少一層保護(hù)層，并使所述保護(hù)層至少完全覆蓋所述像元壁圍成的凹槽區(qū)域底部的疏水層； 5)去除像元壁上表面的疏水層； 6)去除保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述像元壁材料為光刻膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述像元壁的高度大于2 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，在步驟2)中，所述疏水層的厚度為100nnT2000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述的加熱溫度為150°C ?260°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述加熱處理后的像元壁高度控制為2MflT20Mffl。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電潤濕裝置可靠性的方法，其特征在于，步驟5)中去除像元壁上表面的疏水層后，所述像元壁高度控制為2MflT20Mffl。
8.一種電潤濕裝置支撐板，其特征在于，所述電潤濕裝置支撐板為使用如權(quán)利要求Γ7中任一項所述的方法制備。
9.一種電潤濕裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求8所述的電潤濕裝置支撐板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電潤濕裝置，其特征在于，所述的電潤濕裝置為電潤濕顯示>j-U ρ?α裝直。
【文檔編號】G02B26/00GK104391375SQ201410558316
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】周國富, 吳昊, 李發(fā)宏, 羅伯特·安德魯·海耶斯 申請人:華南師范大學(xué), 深圳市國華光電科技有限公司, 深圳市國華光電研究所