一种电润湿显示器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种电润湿显示器及其制备方法，在填充流体中加入磁性固体颗粒，在施加电压的过程中，导电的流体驱动油墨运动，油膜最薄处决定了油膜的破裂点和运动方向，且油膜越薄所需要的像素开口电压越低，本发明在像素墙中引入磁性固体颗粒能够改变像素墙中油膜的厚度分布，从而达到控制油墨运动方向的有益效果。本发明的制备方法工艺简单，易于实现，制备得到的电润湿显示器能够有效地控制油墨运动方向。

权利要求

1.一种电润湿显示器，包括相对设置的上基板和下基板，所述上基板和所述下基板封装形成一个密闭腔，所述密闭腔内填充有互不相溶的第一流体和第二流体，所述下基板包括依次设置的下导电基板、疏水介电层和像素墙，所述像素墙围成多个像素格，其特征在于，各个所述像素格内填充有第一流体和磁性固体颗粒，所述第一流体为非极性液体。

2.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述磁性固体颗粒为铁磁性或反铁磁性材料。

3.根据权利要求1所述的电润湿显示器，其特征在于，所述磁性固体颗粒的表面润湿性呈现为亲油性或亲水性，所述磁性固体颗粒表面水的接触角>110°或<70°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电润湿显示器，其特征在于，所述磁性固体颗粒为合金或金属氧化物，所述合金为含有铁、钴、镍中至少一种的磁性材料，所述金属氧化物为铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物中的至少一种。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电润湿显示器，其特征在于，所述磁性固体颗粒的粒径为1～100μm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的电润湿显示器，其特征在于，所述磁性固体颗粒的相对磁导率为200～200000。

7.权利要求1-6任一项所述的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，包括向像素格内填充磁性固体颗粒的步骤。

8.根据权利要求7所述的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，向像素格内填充磁性固体颗粒的具体步骤包括：将所述磁性固体颗粒分散在所述第一流体中，将所述磁性固体颗粒与所述第一流体同时填充到所述像素格内。

9.根据权利要求7所述的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，将所述磁性固体颗粒与所述第一流体同时填充到所述像素格内是采用竖直进入式填充法、喷墨打印法、分液填充法、狭缝涂布法、界面自组装法中的任一种。

10.根据权利要求7所示的电润湿显示器的制备方法，其特征在于，还包括利用外加磁场将所述磁性固体颗粒固定在像素格内的步骤。

说明书

一种电润湿显示器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及显示器技术领域，尤其涉及一种电润湿显示器及其制备方法。

背景技术

[0002] 电润湿显示(Electro-wetting Display,EWD)是利用外加电场来控制显示单元内极性液体表面张力，进而控制油墨的收缩及铺展，从而实现光学开关的可控性。要得到良好的色彩显示效果，就必须对油墨破裂的位置以及运动方向进行可靠的控制。

[0003] 现有的油墨运动控制方式有两种：一种是通过在像素单元的一角形成驱动电极层(如ITO)的局部空洞或者缺陷，利用外加电场的局部不均，实现油墨运动收缩至像素的一角，由于在油墨厚度最薄处，油墨优先发生破裂，油墨破裂所需的阈值电压取决于油墨最薄处的厚度，因而形成的局部缺陷能够控制油墨的收缩终点的位置，但是无法有效控制油墨破裂点，并且在对导电背板(如常用的ITO玻璃)进行刻蚀制造缺陷的过程中，容易出现不规则的锯齿状边缘，在施加电压驱动时，电荷会趋向于聚集到不规则的边缘，形成局部高电荷密度，非常容易造成绝缘层击穿，破坏器件，降低器件的使用寿命；另一种是使用两种亲水性不同的光刻胶来制作像素墙，使油墨在更加亲水一侧的厚度更薄，改变油墨破裂的位置，从而控制油墨运动方向，但是由于油墨最后收缩的位置可能是另一侧像素墙上两个角落中的任意一个，因此采用这种方法无法控制油墨最终收缩的位置，并且用两种不同亲水性的光刻胶，使用二次光刻的方法，对于对准精度要求很高，进行两次的干法蚀刻容易对底部的绝缘层造成损伤。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电润湿显示器件及其制备方法，旨在解决显示器件像素格内油墨运动方向不可控的问题。

[0005] 本发明所采取的技术方案是：

[0006] 本发明提供一种电润湿显示器，包括相对设置的上基板和下基板，所述上基板和所述下基板封装形成一个密闭腔，所述密闭腔内填充有互不相溶的第一流体和第二流体，所述下基板包括依次设置的下导电基板、疏水介电层和像素墙，所述像素墙围成多个像素格，各个所述像素格内填充有第一流体和磁性固体颗粒。

[0007] 优选地，第一流体为非极性液体，第二流体为电解质液体。第一流体为与第二流体不相溶的非极性液体，如十六烷、硅油或者两者的混合物。第一流体吸收至少一部分光谱，对于一部分光谱可以是透射的，从而形成颜色过滤器。优选地，第一流体5的粘度范围5～30cps，表面张力范围是15～45mN/cm。第二流体为电解质液体，如极性溶剂、离子液体、盐溶液等，第二流体可以是透明的、黑色或彩色的吸收或反射性的液体，优选为透明的吸收或反射性的液体。

[0008] 优选地，所述磁性固体颗粒为铁磁性或反铁磁性材料。

[0009] 优选地，所述磁性固体颗粒的表面润湿性呈现为亲油性或亲水性，所述磁性固体颗粒表面水的接触角<70°或>110°。所述磁性固体颗粒的表面经过亲水改性呈现亲水性，经过疏水改性而呈现亲油性。

[0010] 优选地，所述磁性固体颗粒的形状为球形。

[0011] 优选地，所述磁性固体颗粒为合金或金属氧化物，所述合金为含有铁、钴、镍中至少一种的磁性材料，所述金属氧化物为铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物中的至少一种。

[0012] 优选地，所述磁性固体颗粒的粒径为1～100μm。

[0013] 优选地，所述磁性固体颗粒的相对磁导率为200～200000。

[0014] 本发明还提供一种上述电润湿显示器的制备方法，包括向像素格内填充磁性固体颗粒的步骤。

[0015] 优选地，向像素格内填充磁性固体颗粒的具体步骤包括：将所述磁性固体颗粒分散在所述第一流体中，将所述磁性固体颗粒与所述第一流体同时填充到所述像素格内。

[0016] 进一步地，将所述磁性固体颗粒与所述第一流体同时填充到所述像素格内是采用竖直进入式填充法、喷墨打印法、分液填充法、狭缝涂布法、界面自组装法中的任一种。

[0017] 优选地，还包括利用外加磁场将所述磁性固体颗粒固定在像素格内的步骤。在磁性固体颗粒填充到像素格内并且上基板和下基板完成封装之后，通过外加磁场使磁性固体颗粒移动并固定在像素格内的特定位置，可以是像素格的中间或者角落，之后撤去外加磁场，由于填充的油墨和导电液体的表面张力作用，磁性固体颗粒能够维持原始的特定位置。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 本发明针对现有技术中油墨运动方向不可控的问题，在填充流体中加入磁性固体颗粒，在施加电压的过程中，导电的流体驱动油墨运动，油膜最薄处决定了油膜的破裂点和运动方向，且油膜越薄所需要的像素开口电压越低，本发明在像素墙中引入磁性固体颗粒能够改变像素墙中油膜的厚度分布，从而达到控制油墨运动方向的有益效果。本发明的制备方法工艺简单，易于实现，制备得到的电润湿显示器能够有效地控制油墨运动方向。

附图说明

[0020] 图1为电润湿显示器的结构示意图；

[0021] 图2为不同粒径的磁性固体颗粒改变油膜厚度的效果图；

[0022] 图3为不同粒径的磁性固体颗粒改变油膜厚度的光学显微镜图；

[0023] 图4为电润湿显示器的制备工艺流程图。

具体实施方式

[0024] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

[0025] 实施例1

[0026] 本发明提供一种电润湿显示器，其结构示意图如图1所示，包括相对设置的上基板9和下基板10，所述下基板10包括依次设置的下导电基板1、疏水介电层2和像素墙3，所述像素墙3围成多个像素格，所述像素格内填充有第一流体4和磁性固体颗粒6，所述上基板9和所述下基板10通过胶材8封装形成一个密闭腔7，所述密闭腔7内填充有互不相溶的第一流体4和第二流体5。

[0027] 不同粒径的磁性固体颗粒改变油膜厚度的效果图如图2所示，磁性固体颗粒61和磁性固体颗粒62为表面润湿性相同(接触角θ1＝θ2)的不同粒径的磁性固体颗粒，随着磁性固体颗粒的粒径的增加，磁性固体颗粒所在位置油墨的油膜逐渐变厚。参见图3，图3(a)、图3(b)和图3(c)为较小粒径的磁性固体颗粒改变油膜厚度的光学显微镜图，图3(d)、图3(e)和图3(f)为较大粒径的磁性固体颗粒改变油膜厚度的电镜图，磁性固体颗粒的粒径较小时，位于磁性固体颗粒一侧的油膜较薄，当施加电压时，油墨朝着与磁性固体颗粒相反的一侧运动，磁性固体颗粒的粒径较大时，位于磁性固体颗粒一侧的油墨较厚，当施加电压时，油墨朝着与磁性固体颗粒相同的一侧运动，由于油膜最薄处决定了油膜的破裂点和运动方向，因而通过控制磁性固体颗粒的粒径能够对油墨收缩运动的方向进行控制。

[0028] 本发明还提供一种上述电润湿显示器的制备方法，制备工艺流程如图4所示。在下导电基板1上制备疏水介电层2，制备方式可以是但不限于旋涂、滚涂、丝网印刷、浸涂、喷涂、刮涂、狭缝涂布等，疏水介电层2可以是杜邦公司的AF1600、AF1600X或AGC公司的Cytop或Solvay Plastics的Hyflon等，烘干得到疏水介电层2，形成的疏水介电层2干膜厚度为200nm～800nm。

[0029] 在疏水介电层2上设置像素墙3：采用一步或多步法在疏水介电层2上涂布像素墙材料层33，所述涂布方式可以是但不限于旋涂、滚涂、丝网印刷、浸涂、喷涂、刮涂、狭缝涂布等。像素墙材料层33选用SU-8负性光刻胶，烘干后形成的干膜厚度为1～50μm，利用紫外光经掩模板对像素墙材料层33进行曝光，所述掩模板具有透光部分11和不透光部分12，掩模板一般为阵列结构，以得到具有图案的像素墙3，像素墙3围成像素格阵列，为了增加疏水介电层2与像素墙3的粘附性，可以对疏水介电层2进行等离子刻蚀后再制备像素墙3。为避免驱动跳墨现象，像素墙3一般使用亲水性材料，包括光敏材料如SU-8负性光刻胶、亲水聚酰亚胺光刻胶，或者其他的亲水性材料如PDMS、PET等。

[0030] 在像素格内填充第一流体4和磁性固体颗粒6：取Invar合金粉末，依次加入超纯水和无水乙醇洗涤，分离后置于真空干燥箱中60℃下干燥2h，随后用玛瑙研钵研磨成粉末，得到磁性固体颗粒6，磁性固体颗粒6的粒径为1～100μm。取上述制备的磁性固体颗粒6分散到第一流体4中形成分散液，第一流体4为电解质液体如极性溶剂、离子液体、盐溶液等，采用竖直进入式填充法、喷墨打印法、分液填充法、狭缝涂布法、界面自组装法或者利用诸如CN 104932096A中的油墨填充设备，将上述分散液填充到像素格内，然后在像素格内填充第二流体5，第二流体5为与第一流体4不相溶的非极性液体，如十六烷、硅油或者两者的混合物，第二流体吸收至少一部分光谱，对于一部分光谱可以是透射的，从而形成颜色过滤器，优选地，第二流体5的粘度范围5～30cps，表面张力范围是15～45mN/cm。最后利用胶材8将上基板9、下基板10封装，形成电润湿显示器件，在施加电压之前，通过外加磁场将磁性固体颗粒
6固定在像素格内的特定位置，可以是像素格的中间或角落，之后撤去外加磁场，由于填充的第一流体4和第二流体5的表面张力作用，磁性固体颗粒6能够维持初始的特定位置。

[0031] 本发明的一些实施例中磁性固体颗粒为Invar合金颗粒，实际中加入的磁性固体颗粒6可以是合金或金属氧化物，所述合金为含有铁、钴、镍中至少一种的磁性材料，所述金属氧化物为铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物中的至少一种，磁性固体颗粒6的相对磁导率为200～200000，其形状是任意的，优选为规则球形。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例提供了一种电润湿显示器，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于：所述磁性固体颗粒为表面亲油的Fe3O4颗粒。其制备过程如下：取偶联剂LD-139-2溶解于乙醇中，配置成体积分数为2％的偶联剂LD-139-2的乙醇溶液，然后向溶液中加入500mgFe3O4粉末，置于滚动搅拌器上搅拌12h，磁性分离出粉末，加入无水乙醇进行洗涤，随后置于真空干燥箱中60℃下干燥2h，用玛瑙研钵研磨成粉末，得到亲油性磁性固体颗粒。

[0034] 使用化学试剂可以对磁性固体颗粒进行亲水或疏水改性，改性后的磁性固体颗粒表面润湿性呈现为亲水性或亲油性，磁性固体颗粒表面水的接触角<70°或>110°，使用的化学试剂可以是钛酸酯类化学改性剂，如天辰化工的TC-311或者立达树胶的LD-139-2等。当磁性固体颗粒经过亲水改性后，位于磁性固体颗粒一侧的油膜较薄，当磁性固体颗粒经过疏水改性后，位于磁性固体颗粒一侧的油膜较厚，由于油膜最薄处决定了油膜的破裂点和运动方向，因而通过控制磁性固体颗粒的表面润湿性能够对油墨收缩运动的方向进行控制。本实施例以Fe3O4为例进行说明，实际中加入的磁性固体颗粒可以是合金或金属氧化物，所述合金为含有铁、钴、镍中至少一种的磁性材料，所述金属氧化物为铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物中的至少一种。改性后的亲水性或亲油性磁性固体颗粒和第一流体被填充到像素格中，经密封封装后得到电润湿显示器。

[0035] 实施例3

[0036] 本实施例提供了一种电润湿显示器，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于：所述磁性固体颗粒为表面亲水的坡莫合金颗粒。其制备过程如下：取1g坡莫合金粉末，置于马弗炉中在500℃下煅烧6h，然后在空气中冷却至室温，最后用玛瑙研钵研磨成粉末，得到亲水性磁性固体颗粒一。

[0037] 本实施例以坡莫合金为例进行说明，实际中加入的磁性固体颗粒可以是合金或金属氧化物，所述合金为含有铁、钴、镍中至少一种的磁性材料，所述金属氧化物为铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物中的至少一种。亲水性磁性固体颗粒和第一液体被填充到像素格中，经密封封装后得到电润湿显示器。

[0038] 实施例4

[0039] 本实施例提供了一种电润湿显示器，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于：所述磁性固体颗粒为表面亲水的铁镍钴合金颗粒。其制备过程如下：取1g铁镍钴合金粉末，置于马弗炉中在500℃下煅烧6h，然后在空气中冷却至室温，最后用玛瑙研钵研磨成粉末，得到亲水性磁性固体颗粒二。