一种电润湿光学器件及制备方法技术

本发明专利技术属于电润湿技术领域，公开了一种电润湿光学器件，包括上基板、下基板，上基板和下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，所述上基板包括第一基板，第一基板上设有辅助电极和像素电极，所述辅助电极和像素电极上设有疏水层；所述下基板包括第二基板，第二基板上设有公共电极，所述公共电极表面设置有支撑性非极性溶液收聚桩，支撑性非极性溶液收聚桩的上端设有疏水结构。本发明专利技术还公开了该电润湿光学器件的制备方法。本发明专利技术通过辅助电极和像素电极进行非极性溶液的分离和收缩，解决传统像素墙结构面积占比率过高所造成的光学性能下降问题，以及像素墙结构构建在疏水绝缘层表面破坏了其原有特性所带来的器件失效风险。

Electro wetting optical device and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electrowetting, discloses an electrowetting optical device includes upper and lower substrates, upper and lower substrates are encapsulated liquid to fill the cavity formed within the substrate includes a first substrate, a first substrate is provided with an auxiliary electrode and a pixel electrode, a hydrophobic layer of the auxiliary the electrode and the pixel electrode; the lower substrate includes a second substrate, a second substrate is provided with a common electrode and the common electrode is arranged on the surface of support of nonpolar solution gather pile, support non upper polar solution gather pile with hydrophobic structure. The invention also discloses a method for preparing the electrowetting optical device. The present invention by the auxiliary electrode and the pixel electrode of non separation and contraction of the polarity of solution, solve the traditional pixel wall structure area for optical properties caused by the decline of the ratio is too high, and the wall structure layer insulation device pixel surface breaks the original characteristic caused by the risk of failure in hydrophobic.

【技术实现步骤摘要】
一种电润湿光学器件及制备方法
本专利技术属于电润湿
，具体涉及一种电润湿光学器件及制备方法。
技术介绍
所谓润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。液体在固体表面能铺展，固液接触面有扩大的趋势，即液体对固体表面的附着力大于其内聚力，就是润湿。液体在固体表面不能铺展，接触面有收缩成球形的趋势，就是不润湿，不润湿就是液体对固体表面的附着力小于其内聚力。电润湿（Electrowetting，EW）是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。如图1所示，传统电润湿器件的基本结构由上下两个基板以及两个基板相对形成的密封腔中填充的两种不互溶的极性液体9’和非极性溶液7’组成，下基板包含结构有下支撑板4’、第一电极5’、疏水绝缘层（或在表面涂覆疏水材料的绝缘层）6’、像素墙7’。上基板包含的结构有1’上支撑板、第二电极2’、密封胶3’。像素墙之间的区域为显示区域，像素墙7’材料的疏水性低于疏水绝缘层6’的疏水性，并且像素墙7’对于极性液体9’和非极性溶液7’的亲疏性，极性液体9’在像素墙7’表面的润湿性更好，这样就可以控制非极性溶液7’填充在每个像素格内并且由于像素墙7’的亲水性将每个像素中的非极性油墨8’隔断开。电润湿器件中所用材料一般均为透明材料，除了非极性溶液7’多为彩色不透明材料或低透光性材料，这里材料的透光性一般取决于电润湿器件的应用方向。上述的电润湿器件结构的制备工艺是通过旋涂、丝网印刷、狭缝涂布等方法在带有第一电极5’的下支撑板4’上涂覆一层疏水绝缘层6’。然后在疏水绝缘层6’表面涂覆一层光刻胶，但是由于疏水绝缘层6’表面的表面能很低并且具有很低的接触角滞后，例如TeflonAF1600前进接触角124±2°，后退接触角113±2°，因此很难在疏水绝缘层6’表面涂覆一层均匀的光刻胶薄膜。目前大多数电润湿器件所采用的方法是通过等离子体改性的方法，改变疏水绝缘层6’表面的亲水性来使光刻胶更容易涂覆在其表面。如图2所示，通过反应离子刻蚀机在低功率下如30~35W、5s条件下，在50mTorr氧气压力、氧气流量63sccm下轰击33疏水绝缘层表面32使薄膜表面增加了含氧的亲水性基团，同时增加了表面的粗糙度如改性后疏水绝缘层表面34，进而影响了表面的润湿性，前进和后退接触角都减小，如TeflonAF1600改性后前进接触角降为84±5°、后退接触角将为28±2°，后退接触角的变化更加明显，所以表面改性后，接触角滞后增大，表面粘附性增加，更加易于光刻胶在其表面成膜。等光刻胶成膜固化、光刻、显影一系列流程完成之后，为了恢复改性后疏水绝缘层表面34的疏水性，需要通过高温加热35使绝缘层底层新鲜的氟树脂材料36回流到表面，并将表面疏水性差的氟树脂材料37回流到下面，同时高温恢复表面的平整度来恢复疏水绝缘层38表面的疏水性。目前基本的电润湿光学器件在制备过程中都需要涉及到疏水绝缘层6’表面的改性，进而保证光刻胶更加容易涂覆在疏水层的表面形成均匀薄膜，因此像素墙7’在完成之后需要高温回流的方法恢复疏水绝缘层6’表面的疏水性。通过将改性后的薄膜加热到熔点以上，薄膜中低表面能的组分就从主体向表面运动，含有氧原子的组分从表面向主体运动，这就导致新鲜的疏水基团暴露在表面，疏水性恢复。然而高温回流并不能将疏水绝缘层6’的疏水性恢复到改性前的特性，滞后角增大。这就导致了器件在打开和关闭的过程中非极性溶液7’的收缩和铺展产生问题。同时高温回流的温度较高，容易造成像素墙结构的变形进而影响器件的稳定性，同时光刻胶材料在高温环境下变黄，影响电润湿器件的光学性能；而且像素墙7’所覆盖的疏水绝缘层表面和暴露在腔体内的疏水绝缘层表面的特性差异，以及像素墙7’显影过程中残留下的杂质都能造成电润湿器件的失效。传统电润湿光学器件通过像素墙7’结构将非极性溶液7’限定在单个像素内，对于传统电润湿光学器件像素墙7’是不可缺少的部分，但是像素墙在隔离非极性溶液7’的同时也降低了显示器件的对比度，如在像素大小为150×150μm的器件中，像素墙的宽度一般为10μm，在整个器件中像素墙的面积占比率为12%，像素墙材料如SU-8等一般为无色或高温回流制程之后的浅黄色，均降低了器件的光学性能。
技术实现思路
基于以上传统电润湿光学器件所存在的问题，本专利技术提出一种新型电润湿光学器件结构，规避疏水材料表面改性及高温回流所带来的缺陷，完全保证疏水绝缘层表面的原始特性不被破坏，以此来提高电润湿光学器件的可靠性。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种电润湿光学器件，包括上基板、下基板，上基板和下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，所述上基板包括第一基板，第一基板上设有辅助电极和像素电极，所述辅助电极和像素电极上设有疏水层；所述下基板包括第二基板，第二基板上设有公共电极，所述公共电极表面设置有支撑性非极性溶液收聚桩，支撑性非极性溶液收聚桩的上端设有疏水结构。支撑性非极性溶液收聚桩代替了传统电润湿光学器件中的像素墙结构，其结构是阵列排布的圆柱状结构，作用是为了在电润湿器件打开状态下给非极性溶液提供收缩聚集点，同时对器件的上下基板起到支撑作用，防止器件塌陷。支撑性非极性溶液收聚桩的上端通过涂覆或表面改性的方法增加了疏水结构，目的是为了在施加驱动电压在电润湿光学器件时，非极性溶液破裂更容易向支撑性非极性溶液收聚桩收缩，同时疏水结构的疏水性让非极性溶液更容易向支撑性非极性溶液收聚桩攀爬，减少非极性溶液的聚集面积，提高了像素开口率。在第二基板和所述公共电极之间设有反射层；反射层可选择Al等，在透射式电润湿光学器件中反射层可以不存在。在辅助电极和像素电极的上方、所述疏水层的下方设有绝缘层。绝缘层可选二氧化硅、氮化硅等材料，目的是为了保护辅助电极和像素电极在工作状态下不会被电压击穿造成器件失效，但这一结构并非是必须存在的，因为疏水层同样具有绝缘性，可以增加疏水层的厚度来提高其绝缘性来代替绝缘层结构，此时疏水层就同时兼顾绝缘层和疏水层的作用；疏水层可选Teflon1600、Hyflon、Cytop等材料。辅助电极和像素电极一般为ITO层或其他透明导电层。目前主流的透明导电电极是ITO材料，但是辅助电极和像素电极还可以用石墨烯、银纳米线等材料制备。封装液体为极性电解质溶液和非极性溶液，两种溶液不互溶。支撑性非极性溶液收聚桩顶部并未与上基板的疏水层完全接触，而是存在一个间距非常小的狭缝，该狭缝的作用增强了非极性溶液在破裂的时候更加容易向支撑性非极性溶液收聚桩收缩和聚集。具体而言，狭缝的作用是器件在打开的状态下，非极性液体开始收缩的时候，通过狭缝所产生的毛细力将非极性液体向支撑性非极性溶液收聚桩吸引聚集，同时考虑到收聚桩的支撑性作用，因此狭缝的间距需要足够小，在器件的最终装配过程中控制狭缝间距在1μm以内。像素电极为中心对称的形状，例如正方形、正三角形、正六边形，辅助电极根据像素电极的形状设计成若干个围绕在像素电极外围的电极。辅助电极可以有两种表现方式：一种是隔断式，所有的辅助电极是不互相串联的，每个辅助电极可以单独控制打开和关闭，这种方式的好处在于当只需要打开电润湿光学器件中的部分像素格时，仅需要将此区域的辅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电润湿光学器件，包括上基板、下基板，上基板和下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，其特征在于，所述上基板包括第一基板，第一基板上设有辅助电极和像素电极，所述辅助电极和像素电极上设有疏水层；所述下基板包括第二基板，第二基板上设有公共电极，所述公共电极表面设置有支撑性非极性溶液收聚桩，支撑性非极性溶液收聚桩的上端设有疏水结构。

【技术特征摘要】
1.一种电润湿光学器件，包括上基板、下基板，上基板和下基板对向形成的空腔内填充有封装液体，其特征在于，所述上基板包括第一基板，第一基板上设有辅助电极和像素电极，所述辅助电极和像素电极上设有疏水层；所述下基板包括第二基板，第二基板上设有公共电极，所述公共电极表面设置有支撑性非极性溶液收聚桩，支撑性非极性溶液收聚桩的上端设有疏水结构。2.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述第二基板和所述公共电极之间设有反射层。3.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述辅助电极和像素电极的上方、所述疏水层的下方设有绝缘层。4.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述辅助电极和像素电极为ITO层或其他透明导电层。5.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述封装液体为极性电解质溶液和非极性溶液。6.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述支撑性非极性溶液收聚桩的顶部与上基板的疏水层之间存在狭缝。7.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述像素电极为中心对称的形状，所述辅助电极根据像素电极的形状设计成若干个围绕在像素电极外围的电极。8.根据权利要求1所述的电润湿光学器件，其特征在于，所述辅助电极为隔断式或串联式。9.一种制备权利要求1所述的电润湿光学器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在上基板的第一基板上制备辅助电极和像素电极，在辅助电极和像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐彪，蒋洪伟，杨·格勒内沃尔德，窦盈莹，艾利克斯·汉森，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，深圳市国华光电科技有限公司，深圳市国华光电研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44