[发明专利]一种电润湿光学器件及制备方法

说明书

本发明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。本发明还公开了该电润湿光学器件的制备方法。本发明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。

技术领域

本发明属于电润湿技术领域，具体涉及一种电润湿光学器件及制备方法。

背景技术

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Teflon AF1600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50 mTorr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Teflon AF1600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。