基于Parylene的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于Parylene的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置及制備方法。該柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，包括若干頂電極、若干底電極和位于頂電極與底電極之間的柔性介質(zhì)層；在頂電極上設(shè)有用于分隔各顯示單元的側(cè)壁，在各顯示單元的腔室內(nèi)填充有兩種互不相溶的液體，其中有且只有一種液體導(dǎo)電；在柔性介質(zhì)層與底電極之間設(shè)有彩色濾光片；在各顯示單元外部設(shè)有柔性密封層。所述柔性介質(zhì)層和所述柔性密封層優(yōu)選采用Parylene材料。本發(fā)明所提供的電潤(rùn)濕顯示技術(shù)具有密封性好、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)移動(dòng)便攜設(shè)備顯示的一套成熟可行的解決方案。
【專利說(shuō)明】
基于Pary I ene的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明具體涉及一種采用Parylene為主要介質(zhì)及封裝材料制成的基于電潤(rùn)濕原理的被動(dòng)式柔性顯示結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電潤(rùn)濕顯示技術(shù)主要應(yīng)用了電潤(rùn)濕原理，其基本的物理過(guò)程大致如下:首先形成氣-液-固或液-液-固的三相接觸，這時(shí)由于表面張力的作用使得與絕緣固體薄膜相接觸的液滴的表面產(chǎn)生彎曲并形成接觸線，定義此時(shí)兩個(gè)面在接觸線處的法線(兩個(gè)面均取指向外側(cè)的法線)夾角為接觸角；之后對(duì)液體及絕緣薄膜的另一側(cè)的電極板間加上特定大小的電壓從而產(chǎn)生電場(chǎng)，由此來(lái)改變液滴在固體表面所形成的接觸角，這被稱之為介質(zhì)層上的電潤(rùn)濕現(xiàn)象(EWOD)。利用電潤(rùn)濕顯示技術(shù)可以對(duì)入射光的透射、反射進(jìn)行選擇性很高的控制，這使得電潤(rùn)濕顯示技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度及畫(huà)面質(zhì)量的被動(dòng)式顯示。與此同時(shí)，電潤(rùn)濕顯示技術(shù)還具有靜態(tài)功耗低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是其與當(dāng)前常見(jiàn)被動(dòng)式顯示技術(shù)相比所展現(xiàn)出的最突出的優(yōu)點(diǎn)。所述被動(dòng)式顯示技術(shù)是指顯示單元本身不發(fā)光，需要額外引入其他光源才能正常顯示的顯示技術(shù)。
[0003]可折疊、可卷曲的柔性顯示技術(shù)與透明顯示、鏡面顯示等顯示技術(shù)一起被認(rèn)為是未來(lái)顯示技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。柔性顯示技術(shù)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于輕便、超薄、可卷曲折疊，預(yù)計(jì)可以在移動(dòng)便攜設(shè)備領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前，柔性顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要方向是柔性O(shè)LED顯示。這種柔性顯示器具有自發(fā)光、亮度/對(duì)比度高、色域較廣、無(wú)漏光等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于主要定位于移動(dòng)便攜應(yīng)用的柔性顯示設(shè)備而言，OLED顯示技術(shù)的高功耗、室外顯示質(zhì)量較室內(nèi)下降明顯等缺點(diǎn)是制約其在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的潛在因素。電潤(rùn)濕顯示技術(shù)由于其具有適用于被動(dòng)式顯示的特性，使得其相比OLED顯示有更適合室外使用、靜態(tài)功耗較低的優(yōu)點(diǎn)，因此柔性電潤(rùn)濕顯示更符合移動(dòng)便攜設(shè)備顯示的基本需要，故其有可能成為柔性顯不的一種尚性能解決方案。
[0004]目前有關(guān)電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的研究與發(fā)明數(shù)量較多、出現(xiàn)/更新頻率快，顯示該領(lǐng)域正受到業(yè)界較多的關(guān)注。比較有代表性的技術(shù)發(fā)明有:美國(guó)專利US009151946B2提出了一種面向電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，這使得顯示單元被逐一分隔開(kāi)，大大減少了不同顯示單元之間可能產(chǎn)生的干擾，極大地推進(jìn)了高密度、高集成度電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的發(fā)展;美國(guó)專利US009097888B2提出了一種基于濾光片實(shí)現(xiàn)的彩色電潤(rùn)濕顯示技術(shù)，其技術(shù)細(xì)節(jié)為:在電潤(rùn)濕顯示裝置中加入不同顏色的彩色濾光片提供彩色顯示的基色，引入控制灰度的電潤(rùn)濕單元作為不同顏色顯示單元的色度開(kāi)關(guān)，并且申明了液滴應(yīng)為黑色液滴。相較于直接控制多種顏色液滴來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色電潤(rùn)濕顯示的傳統(tǒng)技術(shù)路線，此項(xiàng)專利的優(yōu)勢(shì)在于工藝相對(duì)復(fù)雜的電潤(rùn)濕層僅需要加注單一種類的液滴和一種包裹液滴的液體環(huán)境即可，極大的減少了工藝的復(fù)雜程度。此外，這種顯示技術(shù)的關(guān)態(tài)為純黑色，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)比度很高的彩色顯示，相比之下傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式關(guān)態(tài)為基底顏色，這對(duì)于依靠外界自然光源的被動(dòng)式顯示器而言無(wú)疑是很大的缺陷。
[0005]目前電潤(rùn)濕顯示技術(shù)存在的問(wèn)題主要是:其一，通過(guò)自組裝的方式將液體準(zhǔn)確的加入到電潤(rùn)濕顯示單元中是目前電潤(rùn)濕顯示技術(shù)亟待解決的難題，缺少自組織加液手段將直接導(dǎo)致電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的大規(guī)模集成難以實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重影響電潤(rùn)濕顯示技術(shù)的顯示性能、顯示密度;其二，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的電潤(rùn)濕顯示技術(shù)主要是基于玻璃基板實(shí)現(xiàn)的，其中包括在玻璃板上制備的底層結(jié)構(gòu)和用于密封的玻璃板，這導(dǎo)致目前的電潤(rùn)濕技術(shù)很少能夠?qū)崿F(xiàn)柔性顯示并且密封不嚴(yán)、顯示單元間連通泄露的問(wèn)題也難以得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要提供一種以Parylene為電介質(zhì)層及封裝材料的電潤(rùn)濕顯示裝置及相應(yīng)的制造方法，以期實(shí)現(xiàn)超薄、超輕便、可彎折的柔性電潤(rùn)濕顯示機(jī)制，并解決目前已有的電潤(rùn)濕顯示器件存在的密封問(wèn)題。針對(duì)上述第一種問(wèn)題，本發(fā)明采用將頂層電極圖形化并直接置于介質(zhì)層之上的方式來(lái)解決這種問(wèn)題，通過(guò)金屬電極與Pary Iene介質(zhì)層表面的親疏水性差異來(lái)自組織的加液;針對(duì)上述第二種問(wèn)題，本發(fā)明采用以Parylene為器件介質(zhì)層及密封層，實(shí)現(xiàn)超薄、超輕便的柔性顯示，并且應(yīng)用淀積(CVD)Parylene密封層的方式來(lái)解決目前較為常見(jiàn)的密封問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，包括若干頂電極、若干底電極和位于頂電極與底電極之間的柔性介質(zhì)層;在頂電極上設(shè)有用于分隔各顯示單元的側(cè)壁，在各顯示單元的腔室內(nèi)填充有兩種互不相溶的液體，其中中有且只有一種液體導(dǎo)電；在柔性介質(zhì)層與底電極之間設(shè)有彩色濾光片;在各顯示單元外部設(shè)有柔性密封層。
[0009]進(jìn)一步地，所述柔性介質(zhì)層和所述柔性密封層優(yōu)選采用Parylene材料。采用ParyIene材料的好處是:用ParyIene制備的薄膜厚度可控且非常均勾、有優(yōu)異的電絕緣性和防護(hù)性。此外Parylene是一種在微電子業(yè)界獲得廣泛應(yīng)用的材料，擁有全套成熟的工藝體系作為支撐，有利于本方案的顯示技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，SU8光刻膠也可作為所述柔性介質(zhì)層的備選材料，其在制備的便易性及易于加工方面有具有優(yōu)勢(shì)。
[00?0]進(jìn)一步地，所述側(cè)壁可以采用Pary Iene材料，也可以采用其它材料，如SU8材料。
[0011]進(jìn)一步地，所述兩種互不相溶的液體可以是正十二烷和1-烷基-3-甲基咪唑、硅油和1-烷基吡啶等。
[0012]進(jìn)一步地，所述頂電極作為所有顯示單元的地線，所述底電極與控制電路相連。
[0013]進(jìn)一步地，各頂電極和各底電極呈特定的圖形結(jié)構(gòu)。比如，各底電極為對(duì)應(yīng)于電潤(rùn)濕顯示單元的彼此分隔的矩形;各頂電極為十字網(wǎng)格形狀。
[0014]一種制備上述柔性電潤(rùn)濕顯示裝置的方法，其步驟包括:
[0015]I)在玻璃基板上派射、蒸發(fā)百納米量級(jí)的金屬，并對(duì)其進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極，作為底電極；
[0016]2)在底電極上懸涂彩色光刻膠，并用光刻顯影的方法定義每個(gè)顯示單元所對(duì)應(yīng)的特定顏色的光刻膠，形成RGB濾光片陣列；
[0017]3)在濾光片上淀積形成Pary Iene薄膜，作為器件的介質(zhì)層；
[0018]4)在介質(zhì)層上派射、蒸發(fā)形成百納米量級(jí)的金屬薄膜，并對(duì)其進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極，作為頂電極；
[0019]5)在頂電極上制備側(cè)壁，用于分隔各顯示單元；
[0020]6)用沾濕和浸潤(rùn)的方法在各顯示單元中加注兩種互不相溶的液體，其中有且只有一種液體導(dǎo)電；
[0021 ] 7)采用淀積Parylene的方式對(duì)器件進(jìn)行密封；
[0022]8)通過(guò)刻蝕玻璃的方法將薄膜器件從玻璃基板上釋放。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]I)籍由本發(fā)明所述的電潤(rùn)濕顯示技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超薄、超輕便、柔性顯示，其中顯示器件層的特征厚度在百微米數(shù)量級(jí)，并可以實(shí)現(xiàn)曲率半徑小于屏幕尺寸的柔性顯示；
[0025]2)具有密封性好、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)移動(dòng)便攜設(shè)備顯示的一套成熟可行的解決方案；
[0026]3)制備過(guò)程中只涉及底面一種基板，這樣的設(shè)計(jì)可以降低加工過(guò)程中特別是基板對(duì)準(zhǔn)的工藝復(fù)雜度，更易于實(shí)現(xiàn);同時(shí)也使得本器件具有密封性好無(wú)泄漏問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)；
[0027]4)可以同時(shí)采用依靠漫反射的顯示方案及由背光提供光源的顯示方案，這使得本裝置具有非常廣泛的應(yīng)用空間。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是采用本發(fā)明的電極排布方式所構(gòu)成的被動(dòng)式柔性電潤(rùn)濕顯示器件結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2是頂電極的邊緣為直線的十字網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3是頂電極的邊緣為鋸齒形的十字網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]本實(shí)施例的被動(dòng)式柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中I為柔性薄膜基底;2為實(shí)現(xiàn)彩色顯示所用的濾光片(可選)，其材料可以為但不限于彩色光刻膠;3是用以密封液滴單元的蓋板，其制作方法為淀積Par y I en e薄膜;4和9是用來(lái)形成電場(chǎng)的金屬電極，其中頂電極9共地，底電極4與控制電路相連接;5為Parylene介質(zhì)層;6為分隔各顯示單元的側(cè)壁;7和8代表兩種互不相溶的液體，其中有且只有一種液體導(dǎo)電。
[0033]上述被動(dòng)式柔性電潤(rùn)濕顯示器件的工作原理是:不加電壓時(shí)，液體8在介質(zhì)層表面會(huì)形成接觸角較大的液滴(60度以上)，此時(shí)器件處于透光率最大的狀態(tài)，同時(shí)器件顯示的顏色為與濾光片相同的顏色；當(dāng)?shù)纂姌O上施加一電壓U時(shí)，由于電潤(rùn)濕現(xiàn)象液滴8在介質(zhì)層表面的接觸角會(huì)明顯地減小，透光率也會(huì)隨之減小直至降低為0，此時(shí)顯示為黑色;通過(guò)控制電壓U的取值，可以使得器件以不同的透光率工作。通過(guò)這種方式加上RGB三種濾光片的排列實(shí)現(xiàn)具有灰階的彩色顯示功能。
[0034]上述被動(dòng)式柔性電潤(rùn)濕顯示器件，可以經(jīng)由如下的加工方法實(shí)現(xiàn):
[0035]1.采用PVD的方法在玻璃基板上濺射、蒸發(fā)百納米量級(jí)的金屬，作為器件的底電極4。
[0036]2.對(duì)底電極4進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極。具體的圖形結(jié)構(gòu)為對(duì)應(yīng)于電潤(rùn)濕顯示單元的彼此分隔的矩形。
[0037]3.在已經(jīng)形成的金屬底電極上懸涂彩色光刻膠，并用光刻顯影的方法定義每個(gè)單元所對(duì)應(yīng)的特定顏色的光刻膠，形成RGB濾光片陣列2。
[0038]4.在此基礎(chǔ)上采用CVD的方法淀積形成厚度1um左右的Parylene薄膜，作為器件的介質(zhì)層5。
[0039]5.采用PVD的方法在介質(zhì)層5上濺射、蒸發(fā)形成百納米量級(jí)的金屬薄膜，作為器件的頂電極9。
[0040]6.對(duì)頂電極9進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極。具體的圖形結(jié)構(gòu)為十字網(wǎng)格，其中十字網(wǎng)絡(luò)的邊緣可以為直線(如圖2所示)或鋸齒形(如圖3所示)。此層金屬頂電極構(gòu)成器件的地線。
[0041 ] 7.在頂電極9上，利用CVD/旋涂的方法生成Parylene或SU8薄膜，厚度控制為50um。
[0042]8.對(duì)Parylene或SU8薄膜進(jìn)行光刻，定義特定的圖形。具體的圖形結(jié)構(gòu)為與步驟6所定義的結(jié)構(gòu)相似的十字網(wǎng)格，不同之處在于此層網(wǎng)格的線寬略小于步驟6所定義的結(jié)構(gòu)。此層薄膜經(jīng)光刻形成目標(biāo)器件的側(cè)壁6。側(cè)壁6用于分隔各顯示單元，其寬度可為2微米到20微米之間的任意尺寸，側(cè)壁6的深寬比范圍為0.5至3。
[0043]9.用沾濕+浸潤(rùn)的方法依次對(duì)器件加注液體8、液體7兩種液體。所述沾濕+浸潤(rùn)的方法是:首先將制成的器件浸沒(méi)于易溶解于水的導(dǎo)電的離子液體8中后取出，此時(shí)由于頂電極由于與柔性介質(zhì)層之間的親疏水性差異產(chǎn)生液滴沾濕現(xiàn)象，之后將整個(gè)器件浸于與液體8不相溶且不導(dǎo)電的液體7中，形成如圖1所示的兩種液體分布。兩種互不相溶的液體可以是正十二烷和1-烷基-3-甲基咪唑、硅油和1-烷基吡啶等，其中1-烷基-3-甲基咪唑、1-烷基吡啶作為液體8，正十二燒、娃油作為液體7。
[0044]10.在器件中實(shí)現(xiàn)的液滴分布具有如下特征:不加電時(shí)液體8的靜態(tài)接觸角不小于60度，加電后的動(dòng)態(tài)接觸角的極小值不大于20度。
[0045]11.對(duì)器件進(jìn)行密封:采用低壓條件下CVD淀積Parylene的方式對(duì)器件進(jìn)行密封。
[0046]12.通過(guò)刻蝕玻璃的方法將薄膜器件從襯底上釋放。至此已經(jīng)完全形成了顯示單元的基本結(jié)構(gòu)。
[0047]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書(shū)所述為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，包括若干頂電極、若干底電極和位于頂電極與底電極之間的柔性介質(zhì)層;在頂電極上設(shè)有用于分隔各顯示單元的側(cè)壁，在各顯示單元的腔室內(nèi)填充有兩種互不相溶的液體，其中有且只有一種液體導(dǎo)電；在柔性介質(zhì)層與底電極之間設(shè)有彩色濾光片;在各顯示單元外部設(shè)有柔性密封層。2.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述柔性介質(zhì)層采用Pary IeneM料或者SU8光刻膠，所述柔性密封層采用Pary I ene材料。3.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述側(cè)壁采用Parylene材料或SU8材料。4.如權(quán)利要求1或3所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述側(cè)壁的寬度為2?20微米，所述側(cè)壁的深寬比為0.5?3。5.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述兩種互不相溶的液體是正十一■燒和1_燒基_3 -甲基味卩坐，或者是娃油和1-燒基P比唆。6.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述兩種互不相溶的液體中，在不加電時(shí)導(dǎo)電液體的靜態(tài)接觸角不小于60度，加電后導(dǎo)電液體的動(dòng)態(tài)接觸角的極小值不大于20度。7.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，所述頂電極作為所有顯示單元的地線，所述底電極與控制電路相連。8.如權(quán)利要求1所述的柔性電潤(rùn)濕顯示裝置，其特征在于，各底電極為對(duì)應(yīng)于顯示單元的彼此分隔的矩形，各頂電極為十字網(wǎng)格形狀。9.一種制備權(quán)利要求1所述柔性電潤(rùn)濕顯示裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在玻璃基板上濺射、蒸發(fā)百納米量級(jí)的金屬，并對(duì)其進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極，作為底電極； 2)在底電極上懸涂彩色光刻膠，并用光刻顯影的方法定義每個(gè)顯示單元所對(duì)應(yīng)的特定顏色的光刻膠，形成RGB濾光片陣列； 3)在濾光片上淀積形成ParyI ene薄膜，作為器件的介質(zhì)層； 4)在介質(zhì)層上濺射、蒸發(fā)形成百納米量級(jí)的金屬薄膜，并對(duì)其進(jìn)行光刻，形成特定圖形的金屬電極，作為頂電極； 5)在頂電極上制備側(cè)壁，用于分隔各顯示單元； 6)用沾濕和浸潤(rùn)的方法在各顯示單元中加注兩種互不相溶的液體，其中有且只有一種液體導(dǎo)電； 7)采用淀積Parylene的方式對(duì)器件進(jìn)行密封； 8)通過(guò)刻蝕玻璃的方法將薄膜器件從玻璃基板上釋放。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟I)和步驟4)采用PVD的方法制備底電極，步驟3)和步驟7)采用CVD的方法淀積Pary I ene材料。
【文檔編號(hào)】G02B26/00GK105842841SQ201610289281
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】王瑋, 李海達(dá)
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)