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CN104362263A - 用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺 - Google Patents

用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺 Download PDF

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CN104362263A
CN104362263A CN201410609069.4A CN201410609069A CN104362263A CN 104362263 A CN104362263 A CN 104362263A CN 201410609069 A CN201410609069 A CN 201410609069A CN 104362263 A CN104362263 A CN 104362263A
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CN201410609069.4A
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王磊
许志平
徐苗
李洪濛
邹建华
陶洪
彭俊彪
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South China University of Technology SCUT
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Abstract

本发明公开了用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，包括以下步骤：(1)在载体基板上制备柔性薄膜衬底，对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，使得某些区域成为高黏附区域；其余区域成为低黏附区域；(2)在低黏附区域上方的柔性薄膜衬底上制备电子元件；(3)沿着电子元件的外围，从柔性薄膜衬底垂直向下切割，形成切割线；所述切割线的下方为低黏附区域；(4)将柔性薄膜衬底和载体基板上分离。本发明所保证柔性薄膜衬底在后续器件制备过程中稳定附着在载体基板上，并且衬底与基板分离简单、成本低、快速且对器件性能无损伤。

Description

用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺
技术领域
本发明涉及柔性显示器件的制备领域，特别涉及一种用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺。
背景技术
柔性显示器件制备时首先在硬质基板上形成柔性薄膜衬底，然后再在柔性薄膜衬底上制作电子器件，最后将柔性薄膜衬底与基板解离得到去除基板的成品器件。但是，现有技术中的这种方法存在一些缺陷：柔性衬底与基板在后续电子器件的制备过程中需要承受离子轰击、化学腐蚀、紫外照射、高温处理等严苛的实验条件，导致衬底与基板间的黏附性大幅提高，进而在将柔性薄膜衬底从硬质基板上解离的时候极易损伤柔性衬底薄膜及其上的电子器件；相反，如果柔性薄膜衬底和硬质基板的黏附作用过弱，在制作器件的过程中就会出现柔性薄膜衬底意外脱离的问题。
为了克服上述解离困难，通常在硬质基板与柔性薄膜衬底之间插入特定的牺牲层，利用牺牲层降低或者提高二者之间的黏附作用。尽管如此，黏附作用强弱的平衡依然比较难掌控，找到一种适用于各种实验、生产环境的分离工艺则更加困难。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，能够简单、低成本、快速地实现衬底与基板分离。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，包括以下步骤：
(1)在载体基板上制备柔性薄膜衬底，对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，使得某些区域的柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附力为2dB以上，形成高黏附区域；其余区域的柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附力为0或1dB，形成低黏附区域；
(2)在低黏附区域上方的柔性薄膜衬底上制备电子元件；
(3)沿着电子元件的外围，从柔性薄膜衬底垂直向下切割，形成切割线；所述切割线的下方为低黏附区域；
(4)将柔性薄膜衬底和载体基板上分离。
所述载体基板为硬质基板或者复合基板；所述复合基板包括硬质基板和牺牲层；所述牺牲层沉积在硬质基板之上。
步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在制备柔性薄膜衬底之前，对载体基板表面的某些区域进行表面粗糙化处理，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域。
步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在载体基板上制备柔性薄膜衬底之后，在需要形成高黏附区域上方的柔性薄膜衬底上，进行高温高压热压处理。
步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在制备柔性薄膜衬底之前，在载体基板表面的某些区域上溅射键合层，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域。
所述表面粗糙化处理为喷砂、离子轰击或者化学试剂腐蚀。
所述键合层为金属薄膜或者金属氧化物薄膜；所述金属为铝、钛或钼；所述金属氧化物为氧化铝、氧化铟锌或氧化铜。
所述硬质基板的材料为玻璃、金属、塑料或者纤维。
所述牺牲层的材料为氮化硅、氮化铝、氮化镓或者氮化铟。
所述柔性薄膜衬底为聚合物薄膜；所述聚合物为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺或者聚醚醚酮。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提出了的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，对柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附作用进行差异化处理的方法，在柔性薄膜衬底的低黏附区域，柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附作用较小，常规情况下，这种柔性薄膜衬底容易从载体基板上解离并且不损伤器件，但是在制备过程中容易提早脱离载体基板；因此，在柔性薄膜衬底的高黏附区域，本发明加强了柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附作用，如此一来在制备过程中，薄膜整体会稳固地黏附在基板上，不会提早脱离。电子元件制备在柔性薄膜衬底的低黏附区域上，在解离过程中，只需将制备有电子元件的低黏附区域切割出来，即可以顺利解离。这种分离工艺简单、快捷，不会对器件性能造成负面影响，并且成本低。
附图说明
图1为本发明的实施例1的柔性薄膜衬底切割前的示意图。
图2为本发明的实施例1的柔性薄膜衬底进行粗糙化处理时的示意图。
图3为本发明的实施例1的柔性薄膜衬底切割后的示意图。
图4为本发明的实施例1的柔性薄膜衬底解离时的示意图。
图5为本发明的实施例2的柔性薄膜衬底进行粗糙化处理时的示意图。
图6为本发明的实施例3的柔性薄膜衬底进行粗糙化处理时的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，包括以下步骤：
(1)如图1所示，在载体基板100上制备柔性薄膜衬底200，对柔性薄膜衬底200与载体基板100之间的结合处进行差异化处理，使得某些区域柔性薄膜衬底200与载体基板100之间的黏附力为2dB以上，形成高黏附区域101；其余区域的柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附力为0dB或1dB，形成低黏附区域102。dB是业界表述黏附力的作用单位，该制定标准由ASTM制定，用0～5的整数来表示黏附作用的大小，其中5代表最高黏附力，0相当于无黏附作用。
本实施例的对柔性薄膜衬底与载体基板之间的结合处进行差异化处理，具体为：在制备柔性薄膜衬底之前，对载体基板表面的某些区域进行表面粗糙化处理(如图2所示)，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域101；粗糙化可选手段有喷砂、离子轰击或者化学试剂腐蚀。由于需要保持载体基板100对应低黏附区域102的部分光滑平整，在进行表面粗糙化处理前，可在低黏附区域上方设置掩膜板对载体基板100进行遮挡。
载体基板100为硬质基板，厚度为1-2000微米，可以为玻璃、金属、塑料和纤维材质；载体基板100也可以为复合基板，即在硬质基板基础上再沉积一层牺牲层，牺牲层厚度为1-500微米，可以为氮化硅、氮化铝、氮化镓或者氮化铟。
柔性薄膜衬底200厚度为1-500微米，材料可以为聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate，PEN)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚醚砜(Polyethersulfone，PES)、聚丙烯酸酯(Polyacrylate，PAR)，聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、聚酰胺(Polyamide，PA)或者聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)等。
关于载体基板、牺牲层及柔性薄膜衬底的制备方式，都是业界常规技术手段，在此不再赘述。
(2)如图1所示，在低黏附区域102上方的柔性薄膜衬底200上制作电子元件300。电子元件可以为绝缘层、电阻、电容、电感、导线、晶体管、二极管及其组合。电子元件的具体形式及位置、连接关系可以根据具体器件要求灵活选择和设置，在此不一一列举，其制备方式也是业界常规技术手段，在此不再赘述。
(3)沿着电子元件300的外围，在柔性薄膜衬底200、低黏附区域102和载体基板100相重叠的位置，从柔性薄膜衬底200表面垂直向下切割，形成切割线201；所述切割线的下方为低黏附区域102；如图3所示。
切割方式具体可以选择切割机切割、激光切割、离子刻蚀、等离子轰击。
(4)如图4所示，将柔性薄膜衬底200和载体基板上100分离，分离方式具体可以选择滚筒或者机械手将柔性薄膜衬底200从基板100上解离。
本实施例对载体基板100进行表面粗糙化处理后，表面积得到增加，并且会形成细小的沟壑和孔隙。在制备柔性薄膜衬底200的过程中，聚合物前体溶液会渗透入这些沟壑和孔隙，溶液固化完成后，柔性薄膜衬底200与载体基板100的接触面积，且柔性薄膜衬底200延伸至沟壑和孔隙的部分将增加薄膜衬底200与载体基板100脱离的阻力，相当于提高了黏附作用。
本实施例的用于柔性显示器件制备的衬底与基板分离工艺，具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
实施例2
本实施例的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其它特征与实施例1相同，不同之处在于步骤(1)的对柔性薄膜衬底与载体基板之间的结合处进行差异化处理，具体采用如下方式：
在载体基板100上制备柔性薄膜衬底200后，在需要形成高黏附区域101上方的柔性薄膜衬底200上，用热探头进行高温高压热压处理，如图5所示。
本实施例对柔性薄膜衬底进行热处理后，聚合物柔性薄膜衬底在玻璃态转变温度(350℃～500℃)附近区间分子链开始移动，副反应现象加剧，比如聚酰亚胺上的羟基在高温下会和玻璃载体基板中的二氧化硅形成共价键，提高了黏附作用。
本实施例的用于柔性显示器件制备的衬底与基板分离工艺，具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
实施例3
本实施例的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其它特征与实施例1相同，不同之处在于步骤(1)的对柔性薄膜衬底与载体基板之间的结合处进行差异化处理，具体采用如下方式：
在制备柔性薄膜衬底200之前，在载体基板100表面的某些区域上溅射键合层400，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域101，如图6所示。
键合层厚度在1～300微米之间，具体材料是金属薄膜，可选铝、钛或钼金属薄膜；键合层还可为金属氧化物薄膜，可选氧化铝、氧化铟锌或氧化铜薄膜。键合层可通过直流或交流溅射，将靶材溅射到载体基板上沉积成薄膜。
由于载体基板对应柔性薄膜衬底低黏附区域不需沉积键合层，所以键合层需要图形化。具体的，可以在溅射键合层之前在低黏附区域上方设置掩膜板对该部分载体基板进行遮挡，如此靶材只会沉积在高黏附区域内；还可以采用光刻工艺进行图形化。
以聚酰亚胺柔性薄膜衬底为例，其前驱体为聚酰胺酸，酸性材料对金属或金属氧化物的键合层具有腐蚀作用，在热酰胺化过程中会形成金属络合物，从而增强键合层与柔性薄膜衬底的黏附作用。另一方面，因为键合层采用溅射方式沉积在载体基板上，在溅射过程中的离子轰击作用会一定程度粗糙化载体基板表面，类似实施例1中的情况，同样提高了键合层和载体基板的黏附作用。如此一来，柔性薄膜衬底与载体基板的黏附作用得以增强。
本实施例的用于柔性显示器件制备的衬底与基板分离工艺，具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
实施例4
本实施例制备一种柔性TFT驱动背板ia以验证本发明的效果，制备过程如下：
(1)首先，选择玻璃载体基板作为载体基板，先对载体基板进行清洗。
(2)在载体基板上方架设预先定制好的金属掩膜板，其中，对应柔性薄膜衬底低黏附区域的部分被掩膜板完全遮挡。使用喷砂机把喷料垂直向掩膜进行喷射，喷砂磨料可选择玻璃砂、硅塑料沙等和载体基板材料近似的材料。
(3)喷砂完毕后，载体基板对应柔性薄膜衬底高黏附区域的部分已经实现表面粗糙化，对载体基板再次进行清洗。
(4)在载体基板上制备聚酰亚胺柔性薄膜衬底。具体的，在载体基板上涂覆聚酰氨酸溶液，采用先刮涂再旋涂的方式，直到玻璃基板表面都被溶液均匀覆盖为止。涂覆完毕之后，将载体基板送入N2气氛的烘箱内对聚酰胺酸初体膜进行固化成膜，形成固态的柔性薄膜衬底。
(5)柔性薄膜衬底上，在低黏附区域上方的柔性薄膜衬底制备TFT驱动电路。
(6)沿着TFT驱动电路的外围，用切割机在柔性薄膜衬底低黏附区域和载体基板重叠的位置，从柔性薄膜衬底垂直向下进行切割，避免切割至载体基板，形成切割线；所述切割线的下方为低黏附区域。
(7)最后将柔性薄膜衬底直接从载体基板上撕下。
为了对比效果，制备另一柔性TFT驱动背板ib，ib与ia唯一的不同在于不进行任何黏附作用差异化处理，聚酰亚胺柔性薄膜衬底直接制备在玻璃载体基板上表面。在制作驱动电路的过程中，可以看见聚酰亚胺薄膜边缘有明显的翘起、鼓泡等现象，严重干扰了器件的正常制作。
可见，本发明具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
实施例5
本实施例制备一种柔性TFT驱动背板iia以验证本发明的效果，制备过程如下：
(1)首先，选择玻璃基板作为载体基板，先对载体基板进行清洗。
(2)在载体基板上制备聚酰亚胺柔性薄膜衬底。具体的，在载体基板上涂覆聚酰氨酸溶液，采用先刮涂再旋涂的方式，直到载体基板表面都被溶液均匀覆盖为止。涂覆完毕之后，将载体基板送入N2气氛的烘箱内对聚酰胺酸初体膜进行固化成膜，形成固态的柔性薄膜衬底。
(3)使用热探头对在对应柔性薄膜衬底高黏附区域的部分，对柔性薄膜衬底表面进行高温高压热压处理。热探头的温度为400℃，平均按压时间控制在20秒，整个过程保证高黏附区域都进行过热处理。
(4)柔性薄膜衬底上，低黏附区域内制备TFT驱动电路。
(5)沿着TFT驱动电路的外围，用切割机在柔性薄膜衬底低黏附区域和载体基板重叠的位置进行切割，从柔性薄膜衬底表面垂直向下切割，避免切割至载体基板。
(6)最后柔性薄膜衬底直接从载体基板上撕下。
为了对比效果，制备另一柔性TFT驱动背板ib，ib与ia唯一的不同在于不进行任何黏附作用差异化处理，聚酰亚胺柔性薄膜衬底制备在玻璃载体基板上之后，直接制备TFT驱动电路。在制作驱动电路的过程中，可以看见聚酰亚胺薄膜边缘有明显的翘起、鼓泡等现象，严重干扰了器件的正常制作。
可见，本发明具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
实施例6
本实施例制备一种柔性AMOLED面板iiia，含TFT驱动背板以及OLED发光器件。
(1)选择金属基板作为载体基板，在制备牺牲层之前，先对基板进行清洗。
(2)采用直流溅射在载体基板表面溅射一层氧化铝键合层，平均厚度为100微米。
(3)在键合层上涂覆一层正性光刻胶。利用事先定制好的掩膜版，照射对应低黏附区域的光刻胶，低黏附区域的光刻胶溶解。使用酸性刻蚀液对应低黏附区域的键合层进行刻蚀。刻蚀完毕后进行清洗，并取出剩余部分的光刻胶。，完成键合层的图形化。
(4)制备聚萘二甲酸乙二酯柔性薄膜衬底。具体的，采用浸涂的方式，让溶液均匀覆盖载体基板表面和键合层。涂覆完毕之后，送入N2气氛的烘箱内进行固化成膜。
(5)在柔性薄膜衬底上制备TFT驱动电路和OLED器件。
(6)在TFT驱动电路和OLED器件外围，用切割机在柔性薄膜衬底低黏附区域和载体基板重叠的位置，从柔性薄膜衬底表面垂直向下进行切割，避免切割至载体基板，形成切割线；所述切割线的下方为低黏附区域。
(7)最后柔性薄膜衬底直接从载体基板上撕下。
为了对比效果，设置对比实施例iiib，iiib与iiia唯一的不同在于不进行任何黏附作用差异化处理，聚萘二甲酸乙二酯柔性薄膜衬底直接制备在金属载体基板上表面。在制作驱动电路的过程中，可以看见聚萘二甲酸乙二酯薄膜边缘有明显的翘起、鼓泡等现象，严重干扰了器件的正常制作。
可见，本发明具有衬底与基板分离简单、成本低、快速且不影响器件性能的特点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在载体基板上制备柔性薄膜衬底，对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，使得某些区域的柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附力为2dB以上，形成高黏附区域；其余区域的柔性薄膜衬底与载体基板之间的黏附力为0或1dB，形成低黏附区域；
(2)在低黏附区域上方的柔性薄膜衬底上制备电子元件；
(3)沿着电子元件的外围，从柔性薄膜衬底垂直向下切割，形成切割线；所述切割线的下方为低黏附区域；
(4)将柔性薄膜衬底和载体基板上分离。
2.根据权利要求1所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述载体基板为硬质基板或者复合基板；所述复合基板包括硬质基板和牺牲层；所述牺牲层沉积在硬质基板之上。
3.根据权利要求1或2所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在制备柔性薄膜衬底之前，对载体基板表面的某些区域进行表面粗糙化处理，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域。
4.根据权利要求1或2所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在载体基板上制备柔性薄膜衬底之后，在需要形成高黏附区域上方的柔性薄膜衬底上，进行高温高压热压处理。
5.根据权利要求1或2所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，步骤(1)所述对柔性薄膜衬底与载体基板的结合处进行处理，具体为：
在制备柔性薄膜衬底之前，在载体基板表面的某些区域上溅射键合层，使这些区域在制备柔性薄膜衬底之后成为高黏附区域。
6.根据权利要求3所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述表面粗糙化处理为喷砂、离子轰击或者化学试剂腐蚀。
7.根据权利要求5所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述键合层为金属薄膜或者金属氧化物薄膜；所述金属为铝、钛或钼；所述金属氧化物为氧化铝、氧化铟锌或氧化铜。
8.根据权利要求2所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述硬质基板的材料为玻璃、金属、塑料或者纤维。
9.根据权利要求2所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述牺牲层的材料为氮化硅、氮化铝、氮化镓或者氮化铟。
10.根据权利要求1所述的用于柔性显示器件制备的柔性薄膜衬底与基板分离工艺，其特征在于，所述柔性薄膜衬底为聚合物薄膜；所述聚合物为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺或者聚醚醚酮。
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