本發(fā)明涉及電潤(rùn)濕顯示
技術(shù)領(lǐng)域：
：，尤其涉及一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器及其制備方法。
背景技術(shù)：
：：電潤(rùn)濕電子紙顯示是利用外加電場(chǎng)操控像素內(nèi)極性液體表面張力，進(jìn)而推動(dòng)油墨鋪展和收縮，實(shí)現(xiàn)光學(xué)開關(guān)和灰度控制的新型反射式顯示技術(shù)。雙穩(wěn)態(tài)是電子紙顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低能耗的法門。自反射式電潤(rùn)濕顯示技術(shù)誕生，對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的探索從未停止。2008年德國(guó)先進(jìn)顯示技術(shù)有限公司(ADT)利用電潤(rùn)濕在電極陣列驅(qū)動(dòng)下的液體輸運(yùn)特性提出了一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示結(jié)構(gòu)(參見參考文獻(xiàn)[1])，成功實(shí)現(xiàn)了高對(duì)比度、高反射率的段碼顯示。然而該設(shè)計(jì)有效開口率損失嚴(yán)重，且受限于油墨橫向移動(dòng)速率響應(yīng)速率低下。2010年美國(guó)辛辛那提大學(xué)提出一種雙層立體通道電潤(rùn)濕顯示結(jié)構(gòu)(參見參考文獻(xiàn)[2])，通過(guò)嚴(yán)苛的通道對(duì)稱性獲得和保持流體界面形態(tài)的穩(wěn)定性。通過(guò)施加電壓來(lái)控制流體界面的移動(dòng)和定位，達(dá)到多穩(wěn)態(tài)操作的效果。該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)較快的響應(yīng)速度，且大幅提高電潤(rùn)濕顯示反射率和開口率。然而，該結(jié)構(gòu)制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，生產(chǎn)制備十分困難，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以及應(yīng)用推廣。參考文獻(xiàn)[1]：Blankenbach,K.,Schmoll,A.,Bitman,A.,Bartels,F.,Jerosch,D.,Novelhighlyreflectiveandbistableelectrowettingdisplays,JournaloftheSID,16,237-244(2008).參考文獻(xiàn)[2]：YangS.,ZhouK.,KreitE.,etal.,Highreflectivityelectrowettingpixelswithzero-powergrayscaleoperation.,Appliedphysicsletters,2010,97(14):143501.技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器及其制備方法。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器，包括下基板，所述下基板包括基板和依次設(shè)置于所述基板上的導(dǎo)電層、絕緣層和圍成像素格陣列的像素墻結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由第一電極和第二電極組成的電極對(duì)，各個(gè)所述電極對(duì)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素格設(shè)置，所述第一電極設(shè)于像素格的一角，各個(gè)所述電極對(duì)中的所述第一電極和所述第二電極之間形成一弧形間隔條帶，所述絕緣層包括疏水區(qū)和親水區(qū)，所述親水區(qū)為對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶的位置設(shè)置的多條親水弧形條帶區(qū)域。在一些具體的實(shí)施方式中，各個(gè)所述電極對(duì)形狀相同，每個(gè)所述電極對(duì)及其形成的所述弧形間隔條帶的組合的形狀為矩形。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述第一電極為多個(gè)扇形電極，所述扇形電極的弧形邊朝向所述矩形的內(nèi)部。在一些具體的實(shí)施方式中，所述電極對(duì)中所述第一電極與第二電極的面積比值≥1/3。在一些具體的實(shí)施方式中，所述弧形間隔條帶的寬度為2-10μm。在一些具體的實(shí)施方式中，所述絕緣層是單層絕緣層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)由下層絕緣層和設(shè)于所述下層絕緣層上的上層復(fù)合層組成，所述下層絕緣層覆蓋所述導(dǎo)電層的上表面和所述弧形間隔條帶位置的基板的上表面，所述上層復(fù)合層由疏水區(qū)和親水區(qū)組成，所述親水區(qū)為對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶的位置設(shè)置的多條親水弧形條帶區(qū)域。在一些具體的實(shí)施方式中，所述親水區(qū)形狀與所述弧形間隔條帶形狀相同。本發(fā)明還提供了一種如上所述的雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器的制備方法，所述制備方法包括制備下基板的步驟，所述制備下基板的步驟包括以下步驟：S1：取基板，在所述基板上制備所述導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由所述第一電極和所述第二電極組成的電極對(duì)；S2：在制備有所述導(dǎo)電層的基板上涂布制備所述絕緣層，所述絕緣層覆蓋所述導(dǎo)電層的上表面和所述弧形間隔條帶位置的基板的上表面；S3：在掩模板保護(hù)下，對(duì)所述絕緣層進(jìn)行圖形化親水改性，對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶的位置進(jìn)行親水改性，得到所述親水區(qū)；S4：在所述絕緣層上制備像素墻結(jié)構(gòu)，得到電潤(rùn)濕顯示器的下基板。在一些具體的實(shí)施方式中，所述S1中是采用物理氣相沉積法在所述基板上制備所述導(dǎo)電層。在一些具體的實(shí)施方式中，所述S3中圖形化親水改性是通過(guò)圖形化磁控濺射親水材料或圖形化干法蝕刻實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的有益效果是：目前提出的雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器結(jié)構(gòu)工藝相當(dāng)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以及應(yīng)用推廣，針對(duì)此問題，本發(fā)明提供了一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器及其制備方法，所述雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器包括下基板，所述下基板包括基板和依次設(shè)置于所述基板上的導(dǎo)電層、絕緣層和圍成像素格陣列的像素墻結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由第一電極和第二電極組成的電極對(duì)，各個(gè)所述電極對(duì)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素格設(shè)置，所述第一電極設(shè)于像素格的一角，各個(gè)所述電極對(duì)中的所述第一電極和所述第二電極之間形成一弧形間隔條帶，所述絕緣層包括疏水區(qū)和親水區(qū)，所述親水區(qū)為對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶的位置設(shè)置的多條親水弧形條帶區(qū)域；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)在上基板的公共電極和所述第二電極上加直流電，在電潤(rùn)濕效應(yīng)的作用下，油墨會(huì)收縮到所述第一電極對(duì)應(yīng)的像素格的一角；撤除電壓后，油墨將在親水區(qū)的約束下保持不動(dòng)，像素保持穩(wěn)態(tài)特性，再在上基板的公共電極和所述第一電極上加直流電，當(dāng)電壓足夠克服親水區(qū)的勢(shì)壘，則油墨會(huì)移動(dòng)并在所述第二電極對(duì)應(yīng)的像素格的區(qū)域鋪展，撤除電壓后，油墨將在親水區(qū)的約束下保持不動(dòng)，像素將保持穩(wěn)態(tài)特性。附圖說(shuō)明圖1為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器局部截面圖；圖2為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器下基板的導(dǎo)電層俯視圖；圖3為油滴在親水區(qū)邊界的局部放大圖；圖4為親水區(qū)的油滴接觸角與開口率/電壓之間的關(guān)系圖；圖5為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖；圖6為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示工作原理圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供了一種雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器，電潤(rùn)濕也成為電濕潤(rùn)，本發(fā)明同樣適用于電濕潤(rùn)顯示器，所述雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器包括相對(duì)設(shè)置的下基板和上基板，所述下基板包括基板1和依次設(shè)置于所述基板1上的導(dǎo)電層、絕緣層和圍成像素格10陣列的像素墻結(jié)構(gòu)2，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由第一電極3和第二電極4組成的電極對(duì)，各個(gè)所述電極對(duì)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素格10設(shè)置，所述第一電極3設(shè)于像素格10的一角，各個(gè)所述電極對(duì)中的所述第一電極3和所述第二電極4之間形成一弧形間隔條帶5，所述絕緣層包括疏水區(qū)6和親水區(qū)7，所述親水區(qū)7為對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶5的位置設(shè)置的多條親水弧形條帶區(qū)域，所述上基板包括基板9和設(shè)于所述基板9上的公共電極8，所述下基板和所述上基板之間封裝形成一封閉腔室，所述腔室內(nèi)填充有互不相容的第一流體11和第二流體12，所述第一流體11為電解質(zhì)溶液，所述第二流體12為油墨。參照?qǐng)D2，圖2為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器下基板的導(dǎo)電層俯視圖，各個(gè)所述電極對(duì)形狀相同，每個(gè)所述電極對(duì)及其形成的所述弧形間隔條帶5的組合的形狀為矩形，在本實(shí)施例中，每個(gè)所述電極對(duì)及其形成的所述弧形間隔條帶5的組合的形狀為正方形。所述第一電極3為多個(gè)扇形電極，所述扇形電極的弧形邊朝向所述矩形的內(nèi)部，各個(gè)所述電極對(duì)的所述扇形電極設(shè)于各個(gè)所述像素格10四個(gè)角中方向相同的一角。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電極對(duì)中所述第一電極3與第二電極4的面積比值≥1/3。所述弧形間隔條帶5的寬度為2-10μm。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，所述親水區(qū)7形狀與所述弧形間隔條帶5形狀相同。本發(fā)明中所述絕緣層是單層絕緣層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)由下層絕緣層和設(shè)于所述下層絕緣層上的上層復(fù)合層組成，所述下層絕緣層覆蓋所述導(dǎo)電層的上表面和所述弧形間隔條帶5位置的基板1的上表面，所述上層復(fù)合層由疏水區(qū)6和親水區(qū)7組成，所述親水區(qū)7為對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶5的位置設(shè)置的多條親水弧形條帶區(qū)域。在本實(shí)施例中，所述絕緣層為單層絕緣層結(jié)構(gòu)，所述單層絕緣層結(jié)構(gòu)由疏水區(qū)6和親水區(qū)7組成。在未通電狀態(tài)下，由于潤(rùn)濕效應(yīng)，填充在像素格內(nèi)的油墨鋪展在疏水區(qū)6，在各個(gè)像素格10內(nèi)，油墨被所述親水區(qū)7分割成兩部分，油在所述親水區(qū)7和所述疏水區(qū)6的交界處形成電解液-油墨-絕緣層三相交界線。參照?qǐng)D3，根據(jù)能量平衡原理，像素開啟過(guò)程相當(dāng)于電場(chǎng)能克服粘滯功跨過(guò)親水弧形條帶區(qū)域存儲(chǔ)為表面勢(shì)能的過(guò)程，而像素關(guān)閉過(guò)程則可看作存儲(chǔ)表面勢(shì)能克服粘附功的自發(fā)鋪展過(guò)程。要在斷電后繼續(xù)保持油滴形貌，則需要三相接觸線附近的油水界面滿足熱力學(xué)平衡，即所述親水區(qū)7的油滴靜態(tài)接觸角θ需滿足加電后的形態(tài)；為確保動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定則需滿足油墨與絕緣層表面的接觸角≥所述親水區(qū)7的油墨靜態(tài)接觸角θ(即親水區(qū)對(duì)水的接觸角≤θ的補(bǔ)角)。1、像素開口率WA與施加電壓之間的關(guān)系假設(shè)像素格內(nèi)填充的油滴保持球冠形狀，滿足體積守恒；則給定外加電壓，即可通過(guò)以下公式獲得像素開口率的信息：根據(jù)Lippmann-Yong方程，油滴的接觸角θ與電壓V的關(guān)系如式(1)：cosθ(V)=1-ϵ0ϵAFV22dγow---(1)]]>其中，ε0和εAF分別表示真空介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)，d為絕緣層的厚度，γow為水和油滴的界面張力，cosθ(V)表示用V表示的cosθ的函數(shù)。另外由于γow+γoI＜γIw，則油墨在疏水絕緣層表面可完全鋪展且cosθ0＝1。由于油滴的體積保持不變，因此用V表示的油滴與疏水區(qū)的接觸面積Aoil的函數(shù)Aoil(V)如式(2)：Aoil(V)=πsin2θ(V)×(3vπ(2-3cosθ(V)+cos3θ(V)))2/3---(2)]]>在沒有施加電壓時(shí)，球冠狀油滴的初始接觸角α(通常小于10°)可以用油滴體積v和接觸半徑R表示，如式(3)：v=πR33sinα(1-cosα)2(2+cosα)---(3)]]>從而像素的開口率WA可定義為式(4)：WA(V)=(1-Aoil(V)A0)---(4)]]>其中，A0表示電壓為0時(shí)油墨與下基板的接觸面積。綜合以上方程可得，用V表示的WA的函數(shù)WA(V)如式(5)：WA(V)=(1-sin2θ(V)×(2-3cosα+cos3α)2/3sin2α×(2-3cosθ(V)+cos3θ(V))2/3)---(5)]]>2、給定電壓下的油水約束區(qū)接觸角θ設(shè)計(jì)要求根據(jù)式(5)可知，器件開口率同油滴接觸角和驅(qū)動(dòng)電壓呈函數(shù)關(guān)系。根據(jù)Lippmann-Yong方程，加電后油滴達(dá)到平衡時(shí)接觸角θe如式(6)：θe=arccos(cosθ0-V2ϵ0ϵAF2dγow)---(6)]]>其中，θ0為油滴初始接觸角。若撤掉電壓后，要使油滴仍然保持形貌，則需在油墨收縮邊緣處的表面進(jìn)行親水改性，使此區(qū)域表面的油滴接觸角滿足θ≥θe，也即使親水區(qū)的油滴接觸角θ滿足θ≥θe，以平衡液滴的表面勢(shì)能。按照表1設(shè)定各個(gè)物理參數(shù)設(shè)定，測(cè)試雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器的開口率和電壓與親水區(qū)的油滴接觸角的關(guān)系，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。根據(jù)如圖4可以看出，可以通過(guò)調(diào)控電壓調(diào)節(jié)親水區(qū)的油滴接觸角和顯示器開口率，電壓越大，接觸角越小，開口率越大。對(duì)于給定的開口率設(shè)計(jì)要求，可以通過(guò)上公式計(jì)算對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電壓值和弧形條帶區(qū)域的親水改性需求(即接觸角θ≥θe)。表1各個(gè)物理參數(shù)的設(shè)定油滴的粘度(Pa·s)μ＝0.0018水和油滴的界面張力(mJ/m2)γow＝22油滴的初始接觸角(degrees)θ0＝0油滴的體積(μm3)v＝123750油膜的初始厚度(μm)h＝5.6相對(duì)介電常數(shù)εAF＝2.1像素大小(μm)Lx＝150絕緣層的厚度(μm)d＝1.5參照?qǐng)D5-6，圖5為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖，圖6為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示工作原理圖，根據(jù)圖5的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖來(lái)控制電潤(rùn)濕顯示器，在未通電狀態(tài)下，由于潤(rùn)濕效應(yīng)，填充在像素格內(nèi)的油墨鋪展在疏水區(qū)6，在各個(gè)像素格內(nèi)，油墨被所述親水區(qū)7分割成兩部分，油在所述親水區(qū)7和所述疏水區(qū)6的交界處形成電解液-油墨-絕緣層三相交界線，首先，在在公共電極8和第二電極4加直流電，在電潤(rùn)濕效應(yīng)的作用下，第二流體12會(huì)收縮到所述第一電極3對(duì)應(yīng)的像素格10的一角(如圖6B)；撤除電壓后，油墨將在親水區(qū)7的約束下保持不動(dòng)，像素保持穩(wěn)態(tài)特性(如圖6C)；再在上基板的公共電極8和所述第一電極3上加直流電，當(dāng)電壓足夠克服親水區(qū)7的勢(shì)壘，則第二流體12會(huì)移動(dòng)并在所述第二電極4對(duì)應(yīng)的像素格10的區(qū)域鋪展(如圖6D)；撤除電壓后，第二流體12將在親水區(qū)7的約束下保持不動(dòng)，像素將保持穩(wěn)態(tài)特性(如圖6E)。如上所述的雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器的制備方法，所述制備方法包括制備下基板的步驟，所述制備下基板的步驟包括以下步驟：S1：取基板1，在所述基板1上制備所述導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由所述第一電極3和所述第二電極4組成的電極對(duì)；S2：在制備有所述導(dǎo)電層的基板1上涂布制備所述絕緣層，所述絕緣層覆蓋所述導(dǎo)電層的上表面和所述弧形間隔條帶5位置的基板的上表面；S3：在掩模板保護(hù)下，對(duì)所述絕緣層進(jìn)行圖形化親水改性，對(duì)應(yīng)各個(gè)所述弧形間隔條帶5的位置進(jìn)行親水改性，得到所述親水區(qū)7；S4：在改性后的所述絕緣層上制備像素墻結(jié)構(gòu)2，得到電潤(rùn)濕顯示器的下基板。其中，所述S1中是采用物理氣相沉積法在所述基板上制備所述導(dǎo)電層，所述S3中圖形化親水改性是通過(guò)圖形化磁控濺射親水材料或圖形化干法蝕刻實(shí)現(xiàn)的。所述S2可以是在制備有所述導(dǎo)電層的基板1上直接涂布單層絕緣層材料，制備得到單層絕緣層，所述單層絕緣層覆蓋所述導(dǎo)電層的上表面和所述弧形間隔條帶位置的基板的上表面；所述S2也可以是先在制備有所述導(dǎo)電層的基板上涂布下層絕緣層，制備得到下層絕緣層，然后在下層絕緣層上涂布一層疏水性材料，得到雙層結(jié)構(gòu)的絕緣層。實(shí)施例1：取基板，本實(shí)施例中采用玻璃材料的基板，具有相同效果的其他材料均可作為基板。通過(guò)磁控濺射等方式分別在基板表面的不同區(qū)域上沉積一層銀、金或者ITO等制備導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括多個(gè)由第一電極和第二電極組成的電極對(duì)，各個(gè)所述電極對(duì)對(duì)應(yīng)各個(gè)像素格設(shè)置，所述第一電極設(shè)于像素格的一角，各個(gè)所述電極對(duì)中的所述第一電極和所述第二電極之間形成一弧形間隔條帶。導(dǎo)電層的厚度可以通過(guò)磁控濺射的時(shí)間來(lái)控制，通常膜厚控制在25-100nm之間。所述弧形間隔條帶的寬度越窄越好，通常為2-10微米。其中，像素的開口率通過(guò)電極1與電極2的面積比控制，第二電極與第一電極的面積比通常大于1/3。在制備有所述導(dǎo)電層的基板表面通過(guò)旋涂、絲網(wǎng)印刷、狹縫涂布等方式形成一層均勻的疏水絕緣層，本發(fā)明中疏水絕緣層的材料優(yōu)選為AF1600或AF1600X，溶劑為全氟溶劑7100，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～5％的溶液，在成膜之后放在85℃烘箱內(nèi)烘烤固化90min。所述弧形間隔條帶為隔離所述第一電極和所述第二電極的弧形條帶形區(qū)域，采用掩模板按照所述弧形間隔條帶的圖案對(duì)所述疏水絕緣層進(jìn)行親水改性，所述親水改性可以通過(guò)圖形化干法蝕刻RIE或者磁控濺射特定親水材料的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。使得絕緣層表面包括疏水區(qū)和親水區(qū)。通過(guò)狹縫涂布或旋涂等方法在疏水絕緣層表面涂布第一層弱親水光刻膠(如SU-8等)，厚度為5-8μm。經(jīng)過(guò)熱干燥處理之后，在掩模板的作用下經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)光刻和顯影工藝得到弱親水像素墻結(jié)構(gòu)。在電解質(zhì)溶液環(huán)境下進(jìn)行油墨填充，油墨材料通常為非極性染料小分子在油脂類溶劑中的溶解液，電解質(zhì)溶液通常選用極性導(dǎo)電溶液(如氯化鈉水溶液)。由于疏水區(qū)對(duì)油墨優(yōu)先潤(rùn)濕性將油墨填充在像素格內(nèi)，弱親水像素墻具有親水性，可以將油墨隔斷使其分別填充在每個(gè)像素格內(nèi)，電解質(zhì)溶液連續(xù)覆蓋在油墨和像素墻上方。上基板為制備有公共電極的玻璃基板，其中，公共電極為具有高透光率和低電阻特性的導(dǎo)電層(優(yōu)選ITO)。上基板和下基板的封裝采用紫外固化壓敏膠絲印成形的密封膠框；密封膠框是一種壓敏膠，本發(fā)明中選擇的材料為UV丙烯酸酯類壓敏膠，根據(jù)電潤(rùn)濕顯示器件的大小通過(guò)絲網(wǎng)印刷方式將UV丙烯酸酯類壓敏膠圖形化印刷在上基板表面，在100mj/cm2紫外光環(huán)境下固化10s得到密封膠框。最后，在電解質(zhì)溶液中通過(guò)壓平貼合實(shí)現(xiàn)器件的封裝。以上部分工藝可參考專利201310740361.5和專利201410030375.2。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3