电润湿显示器的制作方法

本发明总体上涉及一种电润湿(electrowetting)光学元件，特别地涉及一种如下的电润湿光学元件：其被配置为使第一电极层和第二电极层能够通电以相对于非极性液体重新配置极性液体，所述电润湿光学元件包括：第一电极层堆叠体，其包括基板、所述第一电极层和绝缘层，所述绝缘层具有疏水性的第一界面表面；第二电极层堆叠体，其包括上板和所述第二电极层，所述第二电极层具有第二界面表面，所述第二界面表面具有比所述第一界面表面低的疏水性；一个或多个单元壁，其在所述第一电极堆叠体和所述第二电极堆叠体之间延伸；容纳空间，其形成在所述第一电极层堆叠体的所述第一界面表面、所述第二电极层堆叠体的所述第二界面表面和限定所述容纳空间的侧面的所述一个或多个单元壁之间，并且所述容纳空间至少容纳极性液体和非极性液体，其中所述极性液体和所述非极性液体彼此不混溶。本发明还涉及这种电润湿光学元件的制造方法。

背景技术：

1、电润湿技术基于通过改变横跨绝缘层施加的电场强度来改变绝缘层的疏水性表面对于非极性液体相对于其对于极性液体所具有的有效润湿的偏好。因此，绝缘层、极性液体和非极性液体是电容器组件的部分，电容器组件还包括电极，在电极之间可以施加电压以创建横跨(across)绝缘层的电场。

2、根据现有技术，还被称为电润湿元件的电润湿光学元件可以从底部至顶部分别包括第一电极层堆叠体和第二电极层堆叠体，第一电极层堆叠体包括基板、第一电极层、电绝缘疏水性层或具有疏水性表面的绝缘层(疏水性表面背离第一电极层，用于与容纳在容纳空间中的彼此不混溶的极性液体和非极性液体建立界面接触)，第二电极层堆叠体包括第二电极层和上板，第二电极层与容纳空间中的至少极性液体建立界面接触。从观察路径看，元件底部处的第一电极堆叠体可以表示为包括第一电极层的第一堆叠体。元件顶部处的第二电极叠体可以表示为第二堆叠体并且包括第二电极层。包括极性液体和非极性液体的容纳空间将第一堆叠体与第二堆叠体分隔开。

3、因此，电润湿元件可以从底部至顶部分别包括第一电极层、电绝缘疏水性层(即，具有位于与第一电极层相邻或最靠近第一电极层的一侧的相反侧的疏水性表面)、包含至少极性液体和非极性液体的两种液体的混合物以及与至少极性液体接触的第二电极。实际上，所述液体容纳在形成于例如单元壁、绝缘层的疏水性表面和上板玻璃板上的电极之间的容纳空间中。

4、例如从本公开的同一申请人的us 9,274,331b2中已知这种电润湿元件。其中公开的电润湿元件被配置为使第一电极层和第二电极层能够通电，以相对于非极性液体重新配置极性液体，并且电润湿元件包括第一电极层堆叠体、第二电极层堆叠体和单元壁。从观察路径看时，位于元件底部的第一电极层堆叠体包括基板、第一电极层和具有疏水性第一界面表面的绝缘层。位于元件顶部的第二电极层堆叠体包括上板和具有第二界面表面的第二电极层，第二界面表面具有比第一界面表面低的疏水性。单元壁位于第一堆叠体和第二堆叠体之间并在第一堆叠体和第二堆叠体之间延伸。第一界面表面和第二界面表面之间的空间包括单元壁和容纳空间。容纳空间包括彼此不混溶的极性液体和非极性液体。

5、从us 9,274,331b2得知的元件的单元壁被固定地安装在第二电极层堆叠体的第二界面表面上，并且朝向所述第一电极层延伸，但不固定地安装到第一电极层堆叠体的第一界面表面。单元壁的顶部(即在单元壁的自由非固定端处)包括疏水性表面。

6、利用单元壁的该疏水性端面，在电润湿单元的非通电状态和通电状态下，非极性液体被单元壁的疏水性端面表面和疏水性第一界面表面两者吸引。这能使非极性液体更容易被带入(entrain)在单元壁的端面表面和第一界面表面之间的狭缝中。这样，极性液体被有效地截留在容纳空间内，并被防止从一个单元扩散到另一个单元。

7、在单元壁的顶部或自由端上形成疏水性表面通常会防止或减少极性液体从一个单元到另一个单元的迁移。形成这种顶部疏水的制造方法通常包含退火步骤。退火步骤降低了单元壁的侧面的亲水性。结果，非极性液体可以粘附到单元壁的侧面，当电润湿单元从通电模式(其中电压被施加在第一电极层和第二电极层之间)切换到禁用通电(disabledpowering)模式(其中第一电极层和第二电极层之间的电压被去除)时，这可以防止非极性液体从单元壁的侧面向第一界面表面(以及横跨第一界面表面)的回流或者降低该回流的速度，由此引起不可靠的电润湿效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是避免现有技术的上述问题和缺点，更特别地，提供一种具有改进的和更可靠的电润湿效果的电润湿光学元件。

2、本发明的目的还在于提供一种电润湿光学元件的制造方法。

3、根据本公开的第一方面，上述目的是通过如下的电润湿光学元件而实现的：其被配置成使第一电极层和第二电极层能够通电，以相对于绝缘层的疏水表面上的非极性液体重新配置极性液体。所述电润湿光学元件包括：

4、-第一电极层堆叠体，其包括基板、所述第一电极层和所述绝缘层，所述绝缘层具有所述疏水的第一界面表面；

5、-第二电极层堆叠体，其包括上板和所述第二电极层，所述第二电极层具有第二界面表面，所述第二界面表面具有比所述第一界面表面低的疏水性；

6、-一个或多个单元壁，其在所述第一电极堆叠体和所述第二电极堆叠体之间延伸；

7、-容纳空间，其形成在所述第一电极层堆叠体的所述第一界面表面、所述第二电极层堆叠体的所述第二界面表面和限定所述容纳空间的侧面的所述一个或多个单元壁之间，并且所述容纳空间至少容纳极性液体和非极性液体，其中所述极性液体和所述非极性液体彼此不混溶，其中所述一个或多个单元壁中的每个单元壁均被固定地安装在所述第二电极层堆叠体的所述第二界面表面上并且朝向所述第一电极层延伸。

8、提出的电润湿元件的一个或多个单元壁具有面向第一电极层堆叠体的端面，并且包括与容纳空间中的极性和非极性液体界面接触的亲水性表面。

9、电润湿元件的工作原理如下。在第一电极和第二电极的未通电状态或禁用通电模式中、即当在第一电极和第二电极之间没有施加电压时，当非极性液体在极性液体和绝缘层的疏水性表面之间形成边界层时，系统处于其最低能量状态。这是因为非极性液体优先润湿疏水性表面，这有效地排斥极性液体与疏水性表面接触。如果非极性液体是横跨可见光波长区域的至少一部分的光吸收液体，那么非极性液体的光吸收形成对穿透该系统的入射光的阻碍，由此产生具有横跨可见光波长区域的至少一部分的降低的光透过性的电润湿元件。当在第一电极和第二电极之间施加电压时，横跨绝缘层和非极性液体的组合厚度，电场设立在第一电极和导电的极性液体之间，并且该系统的最低能量状态变成如下的情况：(低导电或绝缘的)非极性液体至少部分地被(导电的)极性液体通过施加的电场的力推到一边。有效地，在电极之间施加电压减少了非极性液体对疏水性表面的优先润湿。如果施加的电压足够大，则疏水性表面被极性液体优先润湿，从而从疏水性表面大量排走非极性液体。由此，在电润湿单元内，被排走的非极性液体的形状从透镜状液体膜转变为收缩液滴。在这种情况下，如果极性液体是横跨可见波长区域的基本上不吸收光的液体，那么穿透系统的入射光受到非极性液体的光吸收的影响较小，从而增强了电润湿元件对入射光的光透过性。

10、在将电极从通电状态切换回非通电状态时，通过去掉施加在电极之间的电压，横跨绝缘层的电场被取消，系统回到电极通电前存在的系统的最低能量状态，其中疏水性层被非极性液体膜形状的非极性液体优先润湿，由此从绝缘层的疏水性表面排走极性液体。

11、在系统的通电和非通电状态下，液体主要通过单元壁被保持在适当位置，即保持在单元中。

12、一组单元壁与第一堆叠体和第二堆叠体一起形成单个单元形式(single cellform)的边界，单个容纳空间的外壳在本公开中被解释为其中极性液体和非极性液体表现出电润湿效果的最小单个元件。至少一个单元但优选地多个单元一起形成单个像素。像素被认为是显示器的最小可寻址元件(addressable element)，因此，在本公开中，像素元件包括至少一个电润湿单元。像素可以包含一个或任意数量的单元，例如偶数个单元或奇数个单元。

13、单元壁形成在第二电极堆叠体(也称为上板)上，并且单元壁还公开在如下的电润湿元件中：该电润湿元件从通过同一申请人可获得的早期生成元件已知并且在本公开的背景技术部分中提到。单元壁的高度使得单元壁从第二电极层堆叠体向第一电极层堆叠体延伸至少足够远，以防止极性液体从单元到单元的扩散和逸出。

14、在已知的电润湿元件中，使用涉及用疏水性材料涂布单元壁的顶部、随后是退火步骤的制造工艺，使延伸的单元壁的顶部疏水。然而，该退火步骤降低了单元壁侧表面的亲水性，这促进了非极性液体对单元壁侧表面的润湿以及以极性液体对单元壁侧表面的润湿为代价的非极性液体对单元壁侧表面的附着。结果，在禁用通电模式中，非极性液体对绝缘层的疏水性表面的覆盖变成如下程度的折中：可能发生不完全覆盖和/或非极性液体横跨绝缘层的疏水性表面的回流较慢。

15、为了解决这一问题，可以优化退火步骤或用替选工艺步骤来代替。然而，这可能引起其它缺点或不那么有效。作为另一种替选，也可以在退火步骤之后通过制造工艺中的一个或多个附加步骤恢复侧壁的亲水性。然而，这种步骤可能还具有其它缺点，并且具有附加步骤将进一步增加这种制造的复杂性、时间和成本。

16、发明人已经认识到，为了避免上述缺点，延伸的单元壁的顶部反而被制成为亲水的。利用这种单元壁，电润湿元件的电润湿效果得到改善，并且在更宽范围的环境条件下更加坚固。利用这种亲水性单元壁顶部，在已知的电润湿元件中产生疏水性单元壁顶部所需的退火步骤被省略。结果，消除了单元壁侧表面的亲水性降低的影响。这样，获得了具有改进的和更可靠的电润湿效果的电润湿元件。

17、在示例中，所述一个或多个单元壁被固定地安装在所述第二界面表面上并且在自由端朝向所述第一电极层的状态下延伸，并且在所述第一电极层和所述第二电极层的禁用通电模式中，所述一个或多个单元壁的高度至少延伸超过所述第二界面表面与所述极性液体、所述非极性液体间的界面之间的最大距离。

18、消除从现有技术得知的单元壁的疏水性顶部并且反而具有亲水性顶面可以增加极性液体从一个单元迁移到另一个单元的可能性。然而，根据示例，在单元壁具有这种高度的情况下，意味着单元壁基本上沿着第一堆叠体和第二堆叠体之间的距离并且更特别地沿着第一界面表面和第二界面表面之间的距离延伸，极性液体从一个单元迁移到另一个单元的可能性被有效地消除。如果极性液体迁移到相邻的单元，则一个单元内的极性液体和非极性液体的数量之间的比率也会变化，这又增加了非极性液体流到相邻单元的风险，导致非极性液体横跨构成单个像素的单元和/或横跨不同像素的不均匀分布。当非极性液体是有色液体时，非极性液体横跨像素区域或横跨形成显示器的像素组件的区域的不均匀分布导致横跨像素区域和/或横跨整个显示区域的不均匀颜色。

19、在示例中，从所述第二界面表面延伸的所述一个或多个单元壁的高度与所述第一界面表面和所述第二界面表面之间的距离对应。

20、进一步增加单元壁的高度、即进一步使壁朝向第一界面表面延伸，将防止或至少进一步降低极性液体从一个单元迁移到另一个单元的风险。

21、在示例中，所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的形成单元壁的顶面的所述端面以松弛(loose)的方式接触所述第一界面表面。

22、在示例中，所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的形成单元壁的顶面的所述端面接触所述第一界面表面，从而在所述单元壁的所述顶面和所述第一界面表面之间形成密封接触，以将所述极性液体和所述非极性液体密封在所述容纳空间内。

23、在优选示例中，单元壁附接到第二界面层并形成第二界面层的一体化部分，而壁的面向第一界面层或表面的相反端具有抵接第一界面表面的自由端。该抵接优选以密封方式实现，其中在所述单元壁的所述顶面和所述第一界面表面之间形成密封接触，使得极性液体和非极性液体被容纳在容纳空间中。

24、在示例中，所述一个或多个单元壁包括可压缩化合物，并且特别地，其中所述单元壁的至少顶部包括所述可压缩化合物。

25、在宽范围的环境条件下实现密封接触是有挑战的。在非模拟的真实世界条件中，低温或高温可能影响密封。通过部分地或完全地由可压缩化合物制造单元壁，改进了密封，这是由于单元壁的尺寸可以略微过大。在将其上附接有单元壁的第二堆叠体封闭或夹持到第一堆叠体时，单元壁可以稍微压缩，以便起到垫圈的作用。因此允许在单元壁顶部和第一界面表面的配合表面中存在小瑕疵。单元壁的压缩可以填充或补偿这些不规则。

26、在示例中，所述一个或多个单元壁包括可扩张化合物，并且特别地，其中所述单元壁的至少顶部包括所述可扩张化合物。

27、作为压缩的替选方案，可以将单元壁全部或部分地(例如仅单元壁的顶部)配置成用于扩张。技术人员将了解到哪种材料或化合物是合适的。

28、在其它示例中，所述可扩张化合物的所述扩张或所述可压缩化合物的所述压缩是通过包括多孔结构的所述一个或多个单元壁或特别地所述单元壁的至少顶部来实现的。

29、在另一示例中，所述可扩张化合物的所述扩张是通过被配置用于吸胀(imbibition)的所述一个或多个单元壁或者特别地至少所述单元壁的顶部来实现的。吸胀涉及通过单元壁中包括的化学成分的溶剂化来优先吸收液体。

30、单元壁(的一部分)的扩张效果优选地通过具有多孔结构或至少具有被配置为吸取液体并在这种吸胀效应下表现出体积增长的结构来实现。这使得并确保在被吸取的液体存在的情况下通过单元壁极大改善了容纳空间的密封。

31、在又一示例中，所述多孔结构包括被配置用于在所述一个或多个单元壁或特别地所述单元壁的至少顶部浸渍在所述液体中时吸收液体的孔。

32、优选地，单元壁被构造成具有略小于第一界面表面和第二界面表面之间的高度的高度。然后，可以将单元壁或至少其顶部浸渍在液体中，所述液体被选择为在单元壁(的顶部)上表现出吸胀效应。

33、在示例中，用于浸渍所述一个或多个单元壁或特别地所述单元壁的至少顶部的所述液体包括所述极性液体。

34、在示例中，所述浸渍包括在限定的升高温度下浸渍预定的时间段。

35、在示例中，所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的侧壁包括亲水性表面。

36、在示例中，所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的两侧壁和端面都包括亲水性表面。

37、在示例中，所述侧壁和端面的所述亲水性表面由连续的层形成。

38、在第二方面中，提供了一种电润湿光学元件的制造方法，所述电润湿光学元件被配置成使第一电极层和第二电极层能够通电，以相对于非极性液体重新配置极性液体。所述方法包括以下步骤：

39、-提供第二电极层堆叠体，其包括上板和所述第二电极层，所述第二电极层具有第二界面表面，所述第二界面表面具有比所述第一界面表面低的疏水性；-将单元壁固定地安装在所述第二电极层堆叠体的所述第二界面表面上，从而形成由所述第二界面表面和所述单元壁限定的容纳空间，其中所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的面向所述第一电极层堆叠体的端面包括亲水性表面；

40、-用极性液体和非极性液体填充所述容纳空间，所述极性液体和非极性液体彼此不混溶；以及

41、-用第一电极层堆叠体覆盖所述容纳空间，所述第一电极层堆叠体包括基板、所述第一电极层和绝缘层，所述绝缘层具有疏水的第一界面表面；其中所述疏水的界面表面的疏水性高于所述第二界面表面的疏水性。

42、在进一步的示例中，安装所述单元壁的所述步骤还包括：

43、-在所述一个或多个单元壁的高度在自由端朝向所述第一电极层的情况下延伸的状态下固定地安装所述单元壁，并且其中在所述第一电极层和所述第二电极层的禁用通电模式中，所述一个或多个单元壁的高度至少延伸超过所述第二界面表面与所述极性液体、所述非极性液体间的界面之间的最大距离，并且覆盖所述容纳空间的所述步骤还包括：

44、-用所述第一电极层堆叠体覆盖所述容纳空间，使得所述一个或多个单元壁中的每个单元壁的所述端面接触所述第一界面表面，在所述单元壁的所述顶面和所述第一界面表面之间形成密封接触，以密封所述容纳空间内的所述极性液体和所述非极性液体。

45、关于本发明的第一方面所述的每个示例也适用于本发明的第二方面或其它方面。相应地，第一方面的所有优点及其进一步示例也适用于第二方面或其它方面及其示例或第一方面的示例。