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电子纸是一类反射式显示屏幕,具有低能耗、强光下显示清晰、保护视力等优点,是未来显示技术的发展趋势之一。其中,电润湿显示技术通过控制微米尺度上有色油墨的收缩与铺展实现不同显示灰度的转换,具有结构简单,反射率和对比度高,响应速度快、色彩丰富等特点。 目前对电润湿显示的研究主要集中在不同像素结构、制作工艺、多彩色显示、流体运动机制等方面,对其可靠性能的研究较少。本文结合实验室现有条件对基于含氟聚合物介电涂层电润湿显示器件进行了可靠性研究,对显示器在材料、工艺上的进一步改善具有一定的价值。具体包括以下研究工作: (1)搭建电润湿显示测试平台。该平台可实现驱动电压的自动循环和电容、损耗因数的同步测量,以及精密驱动波形输出,反射率和响应速度的精确测量。 (2)对SU-8和KMPR两种像素墙材料的电润湿显示装置进行初步可靠性能对比。样品被施加连续正电压脉冲,测试过程中KMPR电润湿显示单元出现了明显的击穿现象。两种像素墙材料的显示样片在180分钟的工作过程中反射率、响应速率等性能均未发生变化。结果分析,KMPR热稳定性不及SU-8,KMPR像素墙在220℃高温回流过程中融化变形严重,污染介电涂层,导致加电后绝缘层的部分击穿。 (3)探究了以Teflon AF1600为绝缘疏水层,SU-8为像素墙材料的电润湿显示器件长期工作可靠性能。测试样品被长时间施加正电压脉冲,观察到两种现象:①显微镜下像素中有黑色圈状;②撤去电压后,油墨不能完全铺展于像素内。结果表明,显示器在长时间工作过程中性能(反射率、响应速度)发生衰减。实验分析,造成击穿的主要因素为Teflon层处理不均匀或表面被污染,包括AF溶液配制或旋涂不均匀、人为和环境中的杂质污染、不同区域刻蚀程度差异和高温回流过程中光刻胶融化变形造成的污染等。实验过程中还伴随电荷进入介电层屏蔽外电场、产生反电润湿效应,导致显示性能的衰减。 (4)对不同驱动波形对显示器可靠性能的影响进行了初步探究。实验结果显示高占空比和长驱动周期均在一定程度上加快电润湿显示性能的衰减。高占空比下单个周期内关态持续时间短,电荷容易释放不完全,在Teflon层内积累较快;长驱动周期下显示器长时间开态的保持使电荷更容易嵌入介电层中,加速电荷在绝缘层内的累积。 (5)实验探究了电润湿显示器在不同湿度下的的高温储存可靠性能和显示性能随环境温度变化趋势。在6个小时的高温、不同湿度环境储存过程中,发现测试样片在超过55℃的高温环境中出现了油墨翻墙凝聚现象,推测像素墙亲油性随环境温度的升高而增强,导致油墨沿墙运动并凝聚。湿度不影响电润湿显示器件储存可靠性。电润湿显示开关响应时间随着环境温度的升高出现了明显的减小,该现象可解释为油墨粘度随温度升高而降低。