基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，特點(diǎn)在于其構(gòu)成自下而上依次是下基板、電極板、納米金屬光柵、多個(gè)液滴、超疏水性的涂覆層、介質(zhì)層、電極陣列和上基板，在上基板和下基板之間的周邊添加圍堰，形成封閉的腔室，在所述的腔室內(nèi)充有一種與所述的液滴不相溶的第二流體，在平行的電極陣列和電極板之間的腔室內(nèi)的單個(gè)液滴至少覆蓋所述的電極陣列的兩個(gè)相鄰的電極。本發(fā)明利用納米金屬光柵對(duì)與之臨近材料折射率變化非常敏感的特點(diǎn)，通過(guò)改變材料折射率來(lái)完成彩色濾光，實(shí)現(xiàn)納米金屬光柵的透射和反射光譜的主動(dòng)調(diào)制，同時(shí)由于納米金屬光柵結(jié)構(gòu)具有的疏水特性，能夠提高電潤(rùn)濕顯示的調(diào)制對(duì)比度和速度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，本發(fā)明是以介電潤(rùn)濕原理實(shí)現(xiàn)對(duì)微液滴的移動(dòng)，并利用納米金屬光柵透射或反射光譜會(huì)隨臨近材料折射率變化而變化的特性，構(gòu)造出一種基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)微液滴移動(dòng)的顯不器件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，顯示技術(shù)已成為現(xiàn)代社會(huì)中人們獲取信息的重要途徑之一。它已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和人們?nèi)粘９ぷ鞯姆椒矫婷?從道路標(biāo)志、各種指示牌到日常生活中的電視、手機(jī)以及電腦顯示器等，可以說(shuō)，沒(méi)有顯示技術(shù)，人們的生活、學(xué)習(xí)和工作無(wú)法正常進(jìn)行。傳統(tǒng)的CRT顯示器目前已經(jīng)基本被液晶顯示器取代。但是液晶顯示器由于其自身原理的限制，存在能耗較高、響應(yīng)速度較慢、可視角小、顏色轉(zhuǎn)換率低以及對(duì)比度低等缺點(diǎn)，急需新的技術(shù)來(lái)取代。
[0003]近年來(lái)，電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的發(fā)展已引起人們的廣泛注意。當(dāng)把電潤(rùn)濕顯示技術(shù)作為一種反射式顯示技術(shù)時(shí)，其光反射效率超過(guò)50%，因此，亮度比LCD高兩倍，在強(qiáng)陽(yáng)光下仍可觀看。同時(shí)，電潤(rùn)濕顯示器無(wú)需偏光片、無(wú)需極化，沒(méi)有視角范圍限制，所有可視角度皆表現(xiàn)穩(wěn)定。最重要的是，由于消除了背光照明，所以可以顯著降低功耗，功耗只有相同尺寸的LCD屏的1/10。另外與傳統(tǒng)電子紙相比，電潤(rùn)濕顯示器的最大優(yōu)勢(shì)是響應(yīng)速度快。綜上所述，電潤(rùn)濕顯示技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿︻A(yù)示著在未來(lái)顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，電潤(rùn)濕顯示極有可能成為未來(lái)取代液晶顯示的新一代顯示技術(shù)。
[0004]電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的基礎(chǔ)是介質(zhì)上電潤(rùn)濕現(xiàn)象，即當(dāng)在介質(zhì)層和導(dǎo)電液滴之間施加電壓時(shí)，液滴接觸角隨電壓的增加而變小的現(xiàn)象，具體可參見(jiàn)圖1。圖中I代表基板，2代表電極，3代表具有疏水性的介質(zhì)層,4代表的導(dǎo)電液滴。圖1(a)表不的是未加電壓時(shí)的截面示意圖，圖1(b)表示的是加上一定電壓后的截面示意圖。通過(guò)圖1(a)和圖1(b)對(duì)比可以明顯看出液滴接觸角的顯著變化。
[0005]基于上述介質(zhì)上的電潤(rùn)濕現(xiàn)象，有科學(xué)家提出可以把電潤(rùn)濕技術(shù)用于顯示領(lǐng)域，并給出了基于電潤(rùn)濕顯示的基本模型，如圖2所示。其中圖2(a)表示一種常規(guī)的電潤(rùn)濕顯示單元在未加電壓時(shí)的截面圖，在不加電壓時(shí)，由于染色的油滴對(duì)親油疏水表面的浸潤(rùn)而鋪滿(mǎn)圍堰5內(nèi)介質(zhì)的整個(gè)表面，整個(gè)顯示單元的反射光都會(huì)通過(guò)有顏色的油滴，反射的光線(xiàn)會(huì)顯示為油滴的顏色，此時(shí)稱(chēng)為暗態(tài)。圖2(b)表示一種常規(guī)的電潤(rùn)濕顯示單元在加電壓時(shí)的截面圖，當(dāng)加上一定的電壓，由于電潤(rùn)濕效應(yīng)，油滴的接觸角將減小，導(dǎo)致其收縮，半徑減小，將不再鋪滿(mǎn)圍堰內(nèi)的整個(gè)表面，而是收縮成一個(gè)小液滴，反射光大部分直接通過(guò)水，這樣下表面大部分就顯示了出來(lái)，此時(shí)稱(chēng)為亮態(tài)。通過(guò)這個(gè)暗態(tài)和亮態(tài)的轉(zhuǎn)換達(dá)到了單色顯示的效果。電潤(rùn)濕顯示技術(shù)就是利用電潤(rùn)濕現(xiàn)象的原理，通過(guò)電極控制油墨層中油墨展開(kāi)或收縮來(lái)顯示。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，在這種顯示器件中我們利用納米金屬光柵的透射或反射光譜對(duì)與之臨近材料折射率變化非常敏感的特點(diǎn)，采用電潤(rùn)濕技術(shù)驅(qū)動(dòng)納米金屬光柵表面的透明液體(如水或者油)，實(shí)現(xiàn)納米金屬光柵透射和反射光譜的主動(dòng)調(diào)制。另外納米金屬光柵結(jié)構(gòu)的疏水特性可以提高電潤(rùn)濕顯示的調(diào)制對(duì)比度和速度。因此，這種彩色顯示器件不需要染料、色彩更加豐富、效率更高。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，特點(diǎn)在于其構(gòu)成自下而上依次是下基板、電極板、納米金屬光柵、多個(gè)液滴、超疏水性的涂覆層、介質(zhì)層、電極陣列和上基板，在上基板和下基板之間的周邊添加圍堰，形成封閉的腔室，在所述的腔室內(nèi)充有一種與所述的液滴不相溶的第二流體，在平行的電極陣列和電極板之間的腔室內(nèi)的單個(gè)液滴至少覆蓋所述的電極陣列的兩個(gè)相鄰的電極，所述的電極板接地，所述的上基板接電源正極，所述的納米金屬光柵在腔室內(nèi)形成像素單元，每個(gè)像素單元至少包含兩種以上同種周期且填充不同液體的子像素，或者每個(gè)像素單元至少包含兩種不同周期的子像素，子像素填充同種液體或不同液體，在單個(gè)子像素旁邊預(yù)留沒(méi)有金屬光柵的區(qū)域，但是有金屬阻擋。
[0009]腔室上下兩平行電極間的單個(gè)液滴至少覆蓋到兩個(gè)相鄰電極，當(dāng)下層電極交替按照一定規(guī)律施加電壓時(shí),通過(guò)外加電勢(shì)改變液滴局部接觸角大小,造成液滴非對(duì)稱(chēng)形變,從而產(chǎn)生壓力差來(lái)驅(qū)動(dòng)液滴，使液滴在腔室內(nèi)與第二流體來(lái)回切換。利用納米金屬光柵對(duì)與之臨近材料折射率變化非常敏感的特點(diǎn)，通過(guò)改變材料折射率來(lái)完成彩色濾光，并實(shí)現(xiàn)納米金屬光柵的透射和反射光譜的主動(dòng)調(diào)制。同時(shí)由于納米金屬光柵結(jié)構(gòu)具有的疏水特性，能夠提高電潤(rùn)濕顯示的調(diào)制對(duì)比度和速度?？紤]到上述結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中會(huì)有無(wú)法實(shí)現(xiàn)全黑的問(wèn)題，我們?cè)趩蝹€(gè)子像素旁邊預(yù)留沒(méi)有金屬光柵的區(qū)域，但是有金屬阻擋，這樣就可以實(shí)現(xiàn)子像素顏色完全消失。
[0010]優(yōu)選地，所述的基板為對(duì)光透明的塑料、玻璃、聚合物等。
[0011]所述電極可以是傳統(tǒng)具有導(dǎo)電性能的金屬塊，諸如Al (鋁)，Cu (銅)等，也可以選擇使用ITO (氧化銦錫)、ΑΖ0等透明半導(dǎo)體氧化物。優(yōu)選地使用ITO玻璃，這樣可以將上述電極與基板集成起來(lái)應(yīng)用。
[0012]所述介質(zhì)層即絕緣層，優(yōu)選使用二氧化硅絕緣層。同時(shí)選擇將疏水性材料旋涂或者蒸發(fā)到介質(zhì)層形成疏水性絕緣層以保證液滴足夠大的接觸角。
[0013]優(yōu)選地,所述疏水性材料為特氟龍(Teflon AF2400),派瑞林(Parylene C),聚酰亞胺(PI)、PMMA等材料、。
[0014]所述的納米金屬光柵是指周期性的線(xiàn)條或具有缺陷的微腔嵌套結(jié)構(gòu)。這里所指納米金屬光柵可以是單層線(xiàn)柵，也可以是雙層線(xiàn)柵，其周期并未做固定的限定。這里的光柵既可以選擇一維的金屬光柵，也可以選擇二維的金屬光柵。光柵上可以鍍上一薄層疏水或者絕緣介質(zhì)。在實(shí)施過(guò)程中我們可以根據(jù)顯示中對(duì)顏色的具體要求來(lái)調(diào)控光柵的周期和深度，光柵上所鍍介質(zhì)的種類(lèi)及厚度。
[0015]所述的液滴指的是具有導(dǎo)電性能的液體，這里可以選擇水、一定濃度的乙醇溶液、液晶、油或者氯化鈉等不同折射率的液體，可以通過(guò)不同液體的折射率來(lái)控制顏色的變化。
[0016]所述的圍堰材料，優(yōu)選使用環(huán)氧樹(shù)脂制備，它是由PDMS前聚體和固化劑兩種材料混合而成。
[0017]所述的第二流體是與水互不相溶，這里的流體可以選擇空氣或其他氣體，也可以選擇與水不互溶的液體。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)微液滴移動(dòng)的顯示器件能夠避免在電潤(rùn)濕顯示中由于彩色油墨的使用而導(dǎo)致的吸收問(wèn)題，提高了光學(xué)效率，能夠在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高顯不的売度。
[0020]本發(fā)明的納米金屬光柵結(jié)構(gòu)還具有更良好的疏水特性，可以提高電潤(rùn)濕顯示的調(diào)制對(duì)比度，色彩比原來(lái)更加豐富；
[0021 ] 本發(fā)明的腔室上下兩平行電極間的單個(gè)液滴至少覆蓋到兩個(gè)相鄰電極，當(dāng)下層電極交替按照一定規(guī)律施加電壓時(shí)，通過(guò)外加電勢(shì)改變液滴局部接觸角大小，造成液滴非對(duì)稱(chēng)形變，從而產(chǎn)生壓力差來(lái)驅(qū)動(dòng)液滴，使液滴在腔室內(nèi)與第二流體來(lái)回切換。利用納米金屬光柵對(duì)與之臨近材料折射率變化非常敏感的特點(diǎn)，通過(guò)改變材料折射率來(lái)完成彩色濾光，并實(shí)現(xiàn)納米金屬光柵的透射和反射光譜的主動(dòng)調(diào)制
[0022]本發(fā)明顯示器件具有更快的響應(yīng)速度，能夠有效的解決先前的E-book不能用于視頻中的缺點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為介質(zhì)上電潤(rùn)濕現(xiàn)象原理示意圖，其中圖1(a)為未加電壓時(shí)的截面示意圖，圖1(b)為加電壓后的截面示意圖。
[0024]圖2為一種常規(guī)的電潤(rùn)濕顯示單元的基本模型示意圖，其中圖2(a)表示常規(guī)的電潤(rùn)濕顯示單元在未加電壓時(shí)的截面圖，圖2(b)表示在加電壓后的截面圖。
[0025]圖3為證明納米金屬光柵對(duì)與之臨近材料折射率變化非常敏感，能夠?qū)?yīng)于不同折射率的流體產(chǎn)生顏色變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，其中圖3(a)為測(cè)得的反射光譜，圖3(b)為測(cè)得的透射光譜。
[0026]圖4為本發(fā)明基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖6為本發(fā)明基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:1-基板，2-電極，3-涂有疏水材料的介質(zhì)層，4-液滴，5-PDMS材料圍堰，6-有顏色的油墨，7-去離子水，8-下基板，9-整塊電極，10-納米金屬光柵，11-液滴，12-疏水層，13-介質(zhì)層，14-電極陣列，15-上基板，16-圍堰，17-第二流體，18-黑色金屬，100-腔室內(nèi)流體，101-玻璃襯底，102-光柵，103-金屬層，104-圍堰，105-上基板，106-疏水層，107-電極陣列，108-介質(zhì)層，109-液滴。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]本發(fā)明基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件是基于對(duì)納米金屬光柵彩色濾光片的研究，具體詳見(jiàn) Zhicheng Ye, Jun Zheng, Lindong Guo, and HanpingD.ShiehjCompacttransreflective color filters and polarizers by b1-layermetal lienanowire gratings on flexible substrates, IEEE,Journal ofSelectedTopics in Quantum Electronics，10.1109/JSTQE.2012.2227247，2012。由文章可以看出透射光的波長(zhǎng)取決于金屬的表面等離子體共振，如下面公式(I)所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，特征在于其構(gòu)成包括下基板(8)、電極板(9)、納米金屬光柵(10)、一個(gè)以上的液滴(11)、超疏水性的涂覆層(12)、介質(zhì)層(13)、電極陣列(14)和上基板(15),在上基板的周邊和下基板的周邊之間設(shè)有圍堪(16),形成封閉的腔室，在所述的腔室內(nèi)充有一種與所述的液滴(11)不相溶的第二流體(17)，在平行的電極陣列(14)和電極板(9)之間的腔室內(nèi)的單個(gè)液滴(11)至少覆蓋所述的電極陣列(14)的兩個(gè)相鄰的電極，所述的電極板(9)接地，所述的上基板(15)接電源正極，所述的納米金屬光柵(10 )在腔室內(nèi)形成像素單元，每個(gè)像素單元至少包含兩種以上同種周期且填充不同液體的子像素，或者每個(gè)像素單元至少包含兩種不同周期的子像素，子像素填充同種液體或不同液體，在單個(gè)子像素旁邊預(yù)留沒(méi)有金屬光柵的區(qū)域，但是有金屬阻擋(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的下基板(8)和上基板(15)是由對(duì)光透明的塑料、或玻璃，對(duì)某一顏色透明的材料構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的新型顯示器件，其特征在于，所述公共電極(9)和多電極陣列(14)可以是傳統(tǒng)具有導(dǎo)電性能的金屬塊，諸如Al (鋁)，Cu (銅)等，也可以選擇使用ITO (氧化銦錫)、TCO (透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃)、AZO (鋁摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電玻璃)。通過(guò)控制公共電極和電極陣列之間的電壓實(shí)現(xiàn)液滴的移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的介質(zhì)層(13)為絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的涂覆層(12)為疏水性涂覆層，以保證液滴足夠大的接觸角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的納米金屬光柵(10)是單層線(xiàn)柵，或雙層線(xiàn)柵，所述的光柵是一維的金屬光柵，或二維的金屬光柵，所述的納米金屬光柵(10)上鍍有一層介質(zhì)，該介質(zhì)層是金屬層或是非金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的納米金屬光柵(10)是具有缺陷的線(xiàn)條或微腔嵌套的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的納米金屬光柵(10)是周期性結(jié)構(gòu)或周期漸變的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的液滴(11)是具有導(dǎo)電性能的液體，包括水、一定濃度的乙醇溶液、油、或氯化鈉液體，并且三個(gè)腔室內(nèi)的液體為相同的液體或不同的液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液滴移動(dòng)的顯示器件，其特征在于，所述的第二流體(17)是與水互不相溶的空氣、其他氣體，或與水不互溶的液體。
【文檔編號(hào)】G02B26/02GK103592759SQ201310610637
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】孫楠凌, 葉志成, 佘軼 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)