CN104698718A - 可挠曲电子纸显示屏及显示器件和制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种水氧透过率小、使用寿命长且可挠曲半径小的可挠曲电子纸显示屏及显示器件和制造方法。所述电子纸显示屏，包括面板、底板和介于面板与底板之间的显示介质，面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板和设置于上基板内表面上由透明导电材质制作的公共电极构成；底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板和置于下基板之上的电极层构成，在下基板与电极层之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层和转印电极。本发明解决了塑料薄膜水氧透过率无法满足可挠曲电泳显示媒质层的要求，阻挡和减小水渗透对可挠曲电子纸显示面板的影响，提高器件稳定性，延长器件寿命，实现大面积可挠曲电子纸显示。其曲率半径可小至10mm。

Description

可挠曲电子纸显示屏及显示器件和制造方法
技术领域
本发明属于电子显示领域，尤其涉及一种柔性电子纸显示屏、柔性电子纸显示器件及其制作方法。
背景技术
近些年来，随着科技的进步，各种显示技术不断地蓬勃发展，而目前在平面显示器的发展中，主要以更轻、更薄及可挠曲的特性作为未来显示器件主要追求的目标，且更逐渐地商业化并可应用于生活中的多种器件中，例如电子纸(electronic paper，E-paper)与电子书等。电子纸由于其与普通的纸张十分接近、即具有高对比、广视角度、低能耗以及阅读的高舒适性等性能，已经逐渐成为一种应用较广的显示器件。
电子纸显示器市场的快速增长源于其一些优异性能，与阴极射线管显示器、液晶显示器和薄膜电致发光平板显示器相比，电子纸显示器具有如下优点：
1)节能环保，不需背景光源，图像无源维持，只有画面改变时才耗电，耗电量比LCD减少90％以上；
2)电子纸显示器凭借对光线的反射实现显示，这种非自发光显示方式更符合人们的视觉习惯，在任何强光下均清晰可见，符合人们的阅读习惯；
3)对比度好、可视角度大、易读，反射率高于反射式LCD，对比度优于一般报纸；
4)易加工成轻便可挠式的器件结构，体积小、轻、薄、柔软，可折叠起来放进口袋，便携性方面实现了质的飞跃；
5)可循环使用，显示内容可根据需要不断更新。而传统的出版模式中大量的印刷品耗费了相当多的资源，同时也产生了严重的工业污染。电子纸显示技术契合了低碳经济的发展趋势，电子纸显示器不仅将对信息记录相关行业带来革命性的变化，而且在电子书、电子图书馆、低耗可持显示器、大型户外广告牌和可折叠显示设备方面有着广阔而深远的应用前景。
现有技术中的电子纸显示产品多为硬质材料制作的玻璃基产品，柔性的可挠曲电子纸显示器件极为罕见。与硬质的玻璃基电子纸显示器件不同，柔性的可挠曲电子纸显示器件需采用高分子塑料材质作为基板，而塑料基板的平整性比玻璃基板差，而且塑料基板的水氧透过率远大于玻璃基板，而水氧是造成器件老化的主要原因。目前，电泳显示媒质层主要采用微胶囊(micro-capsule)结构和微杯(micro-cup)结构。这些电泳显示媒质层对水氧比较敏感，其对水透过率(WVTR)要求小于0.1g/m2/day，高端应用时更是要求小于0.01g/m2/day，。塑料基板的水氧高透过率将加速电泳显示媒质层的老化，影响器件寿命。
一般而言，目前常用塑料基板的水透过率(WVTR)为1～20g/m2/day，氧透过率(OTR)1～20cm3/m2/day。比如25.4微米厚的PET薄膜的水透过率(WVTR)为10.7g/m2/day(90～100％RH)，氧透过率(OTR)为79cm3/m2/day(25度)，高的水氧透过率将劣化电泳显示媒质层的性能，从而影响器件的显示特性，缩短器件寿命。因此，普通塑料基板无法满足可挠曲电泳显示媒质层的要求；而且，随着可挠曲电子纸显示设备尺寸的不断增大，厚度不断减小，可挠曲半径的缩小，单层塑料薄膜面临更严峻的水氧透过率挑战。
有鉴于此，必须解决可挠曲电子纸显示器件水氧阻挡问题，提高器件稳定性，延长器件寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水氧透过率小、使用寿命长且可挠曲半径小的可挠曲电子纸显示屏及显示器件和该显示屏的制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的可挠曲电子纸显示屏，包括面板、底板和介于面板与底板之间的显示介质，其特征在于：
所述面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板和设置于上基板内表面上由透明导电材质制作的公共电极构成；
所述底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板和置于下基板之上的电极层构成，在下基板与电极层之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层，所述电极层包括公共引线电极、显示电极和背景电极；
在所述公共电极与公共引线电极之间还设有使公共电极和公共引线电极电连接的转印电极。
在所述钝化层与电极层之间由下至上依次设有导电线路层和将该导电线路层与所述电极层隔离开的绝缘层，所述电极层通过设置在绝缘层上的至少一个过渡孔与导电线路层电连接，所述绝缘层通过设置在导电线路层上的若干个通孔依托在所述钝化层上。
所述钝化层的厚度在50nm－1000nm。
所述钝化层为SiOx、SiNx、SiON或Al2O3材质的无机绝缘膜；或者为PMMA、PS、具有酚基团的高分子衍生物、丙烯酸类高分子、酰亚胺类高分子中的一种或多种混合物制成的有机绝缘膜；或者为所述无机绝缘膜与有机绝缘膜的复合层叠体。
所述上基板由聚对苯二甲酸乙二醇酯所制；所述下基板由聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或不大于0.2mm厚度的薄玻璃所制。
在所述面板的外表面上还设有由抗水氧、抗反射和抗紫外线的材质制成的透明保护膜层。
本发明的可挠曲电子纸显示器件，包括面板、底板和介于面板与底板之间的为微胶囊和微杯结构组成的显示介质，其特征在于：
所述面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板和设置于上基板内表面上由透明导电材质制作的公共电极构成；
所述底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板和置于下基板之上的电极层构成，在下基板与电极层之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层，所述电极层包括公共引线电极、显示电极和背景电极；
在所述公共电极与公共引线电极之间还设有使公共电极和公共引线电极电连接的转印电极；
在钝化层与公共电极之间设有驱动芯片端子，该驱动芯片产生的电信号通过芯片端子传送至所述显示电极和背景电极，该驱动芯片产生的预设电压通过该芯片另一端子、公共引线电极和转印电极传导至所述的公共电极。
在所述钝化层与电极层之间由下至上依次设有导电线路层和将该导电线路层与所述电极层隔离开的绝缘层，所述电极层通过设置在绝缘层上的至少一个过渡孔与导电线路层电连接，所述绝缘层通过设置在导电线路层上的若干个通孔依托在所述钝化层上；所述驱动芯片产生的电信号通过芯片端子、导电线路层传送至所述显示电极和背景电极，该驱动芯片产生的预设电压通过该芯片另一端子、导电线路层、公共引线电极和转印电极传导至所述的公共电极。
本发明的制作可挠曲电子纸显示屏的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)选择聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或不大于0.2mm厚度的薄玻璃制作柔性可挠曲的下基板；
2)在下基板上表面制作由水氧透过率低的非金属膜构成的钝化层；
3)在所述钝化层的上表面采用光刻或印刷工艺制作由导电性氧化物或合金材料或金属材料制作的包括公共引线电极、显示电极和背景电极的电极层；
4)采用热层压的工艺使用导电银浆在电极层的公共引线电极上制作转印电极；
5)采用热层压的工艺在所述电极层上由下至上依次制作由电泳显示媒质或电润湿层构成的显示介质、由透明导电材质构成的公共电极和由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板，所述转印电极置于公共电极与公共引线电极之间构成公共电极与公共引线电极的导电通路；
6)采用热层压工艺在所述上基板的外表面上覆盖一层由抗水氧、抗反射和抗紫外线的材质制成的透明保护膜层。
本发明方法中的所述透明导电材质为ITO或IZO。
与现有技术相比，本发明解决了塑料薄膜水氧透过率无法满足可挠曲电泳显示媒质层的要求，阻挡和减小水渗透对可挠曲电子纸显示面板的影响，提高器件稳定性，延长器件寿命，实现大面积可挠曲电子纸显示。本发明可挠曲显示器件可采用印刷或卷对卷工艺制造技术，加工工艺简单，制备方便，提高良品率，大幅降低成本，其可广泛用于智能卡、货架标签、各类数字记录牌、电源显示器等各种应用场合。本发明的可挠曲电子纸显示屏的可挠曲的曲率半径可小至10mm。
附图说明
图1为本发明实施例1的剖面示意图。
图2为本发明实施例2的剖面示意图。
附图标记如下：
下基板1、钝化层2、电极层3、公共引线电极31、显示电极32、背景电极33、电极间隙34、电子纸膜4、显示介质41、公共电极42、上基板43、透明保护膜层5、转印电极6、驱动芯片7、导电线路层8、绝缘层9、接触孔91。
具体实施方式
下在结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明的可挠曲电子纸显示屏是由面板、底板和介于面板与底板之间的显示介质41以及面板外表面上的透明保护膜层5构成。
所述面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板43和设置于上基板43内表面(以图1中方向为参考，上基板43之下方向为内，上基板43之上方向为外，下同)上由透明导电材质制作的公共电极42构成；
所述底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板1和置于下基板1之上(以图1中方向为参考，下基板1之上方向为上，下基板1之下方向为下，下同)的电极层3构成，在下基板1与电极层3之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层2，所述电极层3包括公共引线电极31、显示电极32和背景电极33；
在所述公共电极42与公共引线电极31之间还设有使公共电极42和公共引线电极31电连接的转印电极6。
所述下基板1为柔性可挠曲材质制成，可采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、环烯烃聚合物(polycyclic olefin，PCO)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalene，PEN)，聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚醚砜(polyether sulphone，PES)、或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)。也可采用薄玻璃(厚度小于0.2mm)。
在所述下基板1的上表面覆盖钝化层2，该钝化层2用以减小或防止环境中的水氧分子渗透下基板1向上扩散，该结构可有效防止所述显示介质41受到水氧分子的侵蚀，从而可有效保护本发明的电子纸显示屏。
所述钝化层2包括SiOx类膜或者SiNx类膜或SiON类膜。
所述钝化层2可以使用无机绝缘膜，其中无机绝缘膜可以包括：SiOx、SiNx、SiON、Al2O3等；通过化学沉积(CVD)、溅射(sputter)或者涂布(coating)方式形成钝化层2，其厚度可以为50nm以上且1000nm以下。
所述钝化层2也可以使用有机绝缘膜，有机绝缘膜可以包括：一般的常用聚合物(PMMA、PS)、具有酚(phenol)基团的高分子衍生物、丙烯酸类高分子、酰亚胺类高分子、芳醚类高分子、酰胺类高分子、氟类高分子、对二甲苯类高分子、乙烯醇类高分子及其混合物等。钝化层2还可以形成为无机绝缘膜和有机绝缘膜的复合层叠体。
在所述钝化层2的上表面设置电极层3，所述电极层3通过图案化制程实现公共引线电极31，显示电极32，背景电极33三个功能电极以及各电极间的电极间隙34。
所述电极层3由导电材料形成，其中导电材料可以包括：ITO、IZO等导电性氧化物；或Cu、Mo、Al、Ag、Mo/Al/Mo及其合金等，通过光刻工艺实现图案化。
所述电极层3也可以采用延展性更好的材料，可以包括：导电银浆，纳米银线(nano Ag)，金属网格(metal mesh)，碳纳米管，或石墨烯等。电极层3还可优选氧化铟锡薄膜。
使用光刻工艺或印刷技术，完成图案化制程，以增加柔韧性，实现小曲率半径可挠曲电子纸显示面板。
在电极层3之上依次设置所述的显示介质41、公共电极42和上基板43(以下可将显示介质41、公共电极42和上基板43的组合简称为电子纸膜4)，电子纸膜4通过热层压的方式设置于电极层3之上。
显示介质41，可以包括微胶囊、微杯的电泳显示媒质，也可以是电润湿层。
上基板43，其材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)等具有可挠曲、透明、绝缘的塑料材质制成。
公共电极42是透明导电材质，可以包括ITO、IZO等。
在电极层3的公共引线电极31之上还设有转印电极6，所述转印电极6可以使用导电银浆，通过热层压的方式实现电子纸膜4的公共电极42与公共引线电极31连接，实现两者的电导通。
所述透明保护膜层5，通过热层压的方式设置于上基板43的外表面上，形成对本发明的保护。透明保护膜层5至少由具有保护(例如抗水氧、抗反射、抗UV等)且透明功能的材料例如亚克力(PMMA,acrylic)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成，所述透明保护膜层5的作用是保护电子纸膜4在弯曲或者折叠的过程中不易受损，所述透明保护膜层5还可以具有耐磨损、抗腐蚀、防指纹、触控等特性。
本发明的可挠曲电子纸显示器件是在上述可挠曲电子纸显示屏中的电极层3上设置驱动芯片7端子，该驱动芯片7端子与设置于***部件中的驱动芯片7电连接，所述电极层3与驱动芯片7端子连接，实现与驱动芯片7的连接。电极层3与***部件(图中未示出，如控制电路、电源电路等)的电极端子连接，从而可以实现本发明与外部***的连接。
该显示器件工作时，驱动芯片7的信号通过驱动芯片7端子、电极层3传送至显示电极32和背景电极33，实现相应显示图案；同时由驱动芯片7产生的预设电压通过驱动芯片7端子、电极层3中的公共引线电极31和转印电极6传送至电子纸膜4的公共电极42，这样，在显示图案的显示介质41的上下两面之间形成一个电场，从而改变显示介质41中的带电荷的胶囊的排列来实现显示。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1不同之处在于：
在所述钝化层2与电极层3之间由下至上还依次设有导电线路层8和将该导电线路层8与所述电极层3隔离开的绝缘层9。
所述电极层3通过设置在绝缘层9上的至少一个过渡孔与导电线路层8(置于导电线路层8上的驱动芯片7通过该导电线路层8与电极层3的连接，从而实现驱动芯片7对显示的驱动)电连接，所述绝缘层9通过设置在导电线路层8上的若干个通孔依托在所述钝化层2上；所述驱动芯片7产生的电信号通过驱动芯片7端子、导电线路层8传送至所述显示电极32和背景电极33，该驱动芯片7产生的预设电压通过该芯片另一端子、导电线路层8、公共引线电极31和转印电极6传导至所述的公共电极42。
所述导电线路层8，可以由导电性氧化物或导电金属形成，其中导电性氧化物可以包括：ITO、IZO等；金属可以包括：Cu、Mo、Al、Ag、Mo/Al/Mo及其合金，通过光刻工艺形成导电线路层8。该导电线路层8也可以采用延展性更好的材料，可以包括：导电银浆，纳米银线(nano Ag)，金属网格(metal mesh)，碳纳米管，或石墨烯等，使用光刻工艺或印刷技术，完成图案化制程，以增加柔韧性，实现小曲率半径可挠曲电子纸显示面板。
绝缘层9由有机绝缘膜形成，有机绝缘膜可以包括：一般的常用聚合物(PMMA、PS)、具有酚(phenol)基团的高分子衍生物、丙烯酸类高分子、酰亚胺类高分子及其混合物等，采用光刻工艺或印刷技术，实现所述的过渡孔。
所述绝缘层9的厚度在1μm以上且10μm以下。
本实施例与实施例1相比具有以下优点：
1)显示效果佳，可实现精确显示，避免了导电线路层8对显示内容的影响。
2)可实现复杂显示内容。实现闭合结构的文字或字母的复杂背景。
3)整个电子纸的显示图案能够更精细更细腻。产品可用于高端显示，比如***等。
4)避免电泳显示媒质层对导电线路层8的腐蚀，降低失效风险。
在本实施例情况下，本发明的可挠曲电子纸显示器件是在上述可挠曲电子纸显示屏中的导电线路层8上设置驱动芯片7端子，该驱动芯片7端子与设置于***部件中的驱动芯片7电连接，所述导电线路层8与驱动芯片7端子连接，实现与驱动芯片7的连接。导电线路层8与***部件(图中未示出，如控制电路、电源电路等)的电极端子连接，从而可以实现本发明与外部***的连接。
该显示器件工作时，驱动芯片7的信号通过驱动芯片7端子、导电线路层8、电极层3传送至显示电极32和背景电极33，实现相应显示图案；同时由驱动芯片7产生的预设电压通过驱动芯片7端子、导电线路层8、电极层3中的公共引线电极31和转印电极6传送至电子纸膜4的公共电极42，这样，在显示图案的显示介质41的上下两面之间形成一个电场，从而改变显示介质41中的带电荷的胶囊的排列来实现显示。

Claims (10)

1.一种可挠曲电子纸显示屏，包括面板、底板和介于面板与底板之间的显示介质(41)，其特征在于：
所述面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板(43)和设置于上基板(43)内表面上由透明导电材质制作的公共电极(42)构成；
所述底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板(1)和置于下基板(1)之上的电极层(3)构成，在下基板(1)与电极层(3)之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层(2)，所述电极层(3)包括公共引线电极(31)、显示电极(32)和背景电极(33)；
在所述公共电极(42)与公共引线电极(31)之间还设有使公共电极(42)和公共引线电极(31)电连接的转印电极(6)。
2.根据权利要求1所述的可挠曲电子纸显示屏，其特征在于：在所述钝化层(2)与电极层(3)之间由下至上依次设有导电线路层(8)和将该导电线路层(8)与所述电极层(3)隔离开的绝缘层(9)，所述电极层(3)通过设置在绝缘层(9)上的至少一个过渡孔与导电线路层(8)电连接，所述绝缘层(9)通过设置在导电线路层(8)上的若干个通孔依托在所述钝化层(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的可挠曲电子纸显示屏，其特征在于：所述钝化层(2)的厚度在50nm－1000nm。
4.根据权利要求3所述的可挠曲电子纸显示屏，其特征在于：所述钝化层(2)为SiOx、SiNx、SiON或Al2O3材质的无机绝缘膜；或者为PMMA、PS、具有酚基团的高分子衍生物、丙烯酸类高分子、酰亚胺类高分子中的一种或多种混合物制成的有机绝缘膜；或者为所述无机绝缘膜与有机绝缘膜的复合层叠体。
5.根据权利要求4所述的可挠曲电子纸显示屏，其特征在于：所述上基板(43)由聚对苯二甲酸乙二醇酯所制；所述下基板(1)由聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或不大于0.2mm厚度的薄玻璃所制。
6.根据权利要求4所述的可挠曲电子纸显示屏，其特征在于：在所述面板的外表面上还设有由抗水氧、抗反射和抗紫外线的材质制成的透明保护膜层(5)。
7.一种可挠曲电子纸显示器件，包括面板、底板和介于面板与底板之间的为微胶囊和微杯结构组成的显示介质(41)，其特征在于：
所述面板由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板(43)和设置于上基板(43)内表面上由透明导电材质制作的公共电极(42)构成；
所述底板由柔性可挠曲且为绝缘材质制成的下基板(1)和置于下基板(1)之上的电极层(3)构成，在下基板(1)与电极层(3)之间设有由水氧透过率低的非金属膜制成的钝化层(2)，所述电极层(3)包括公共引线电极(31)、显示电极(32)和背景电极(33)；
在所述公共电极(42)与公共引线电极(31)之间还设有使公共电极(42)和公共引线电极(31)电连接的转印电极(6)；
在钝化层(2)与公共电极(42)之间设有驱动芯片(7)端子，该驱动芯片(7)产生的电信号通过芯片端子传送至所述显示电极(32)和背景电极(33)，该驱动芯片(7)产生的预设电压通过该芯片另一端子、公共引线电极(31)和转印电极(6)传导至所述的公共电极(42)。
8.根据权利要求7所述的可挠曲电子纸显示器件，其特征在于：在所述钝化层(2)与电极层(3)之间由下至上依次设有导电线路层(8)和将该导电线路层(8)与所述电极层(3)隔离开的绝缘层(9)，所述电极层(3)通过设置在绝缘层(9)上的至少一个过渡孔与导电线路层(8)电连接，所述绝缘层(9)通过设置在导电线路层(8)上的若干个通孔依托在所述钝化层(2)上；所述驱动芯片(7)产生的电信号通过芯片端子、导电线路层(8)传送至所述显示电极(32)和背景电极(33)，该驱动芯片(7)产生的预设电压通过该芯片另一端子、导电线路层(8)、公共引线电极(31)和转印电极(6)传导至所述的公共电极(42)。
9.一种制作可挠曲电子纸显示屏的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)选择聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或不大于0.2mm厚度的薄玻璃制作柔性可挠曲的下基板(1)；
2)在下基板(1)上表面制作由水氧透过率低的非金属膜构成的钝化层(2)；
3)在所述钝化层(2)的上表面采用光刻或印刷工艺制作由导电性氧化物或合金材料或金属材料制作的包括公共引线电极(31)、显示电极(32)和背景电极(33)的电极层(3)；
4)采用热层压的工艺使用导电银浆在电极层(3)的公共引线电极(31)上制作转印电极(6)；
5)采用热层压的工艺在所述电极层(3)上由下至上依次制作由电泳显示媒质或电润湿层构成的显示介质(41)、由透明导电材质构成的公共电极(42)和由柔性可挠曲且为透明绝缘材质制成的上基板(43)，所述转印电极(6)置于公共电极(42)与公共引线电极(31)之间构成公共电极(42)与公共引线电极(31)的导电通路；
6)采用热层压工艺在所述上基板(43)的外表面上覆盖一层由抗水氧、抗反射和抗紫外线的材质制成的透明保护膜层(5)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述透明导电材质为ITO或IZO。
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