CN102290506B

CN102290506B - 具有图形化透明薄膜电极的led模块制造工艺

Info

Publication number: CN102290506B
Application number: CN 201110278660
Authority: CN
Inventors: 张哲娟; 孙卓
Original assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102290506A

Abstract

本发明涉及发光显示器件技术领域，具体地说是一种新型纳米材料基透明薄膜电极的图形化制造工艺，其特征在于采用如下制备步骤：a、制备透明导电薄膜的原料，备用；透明柔性衬底采用聚酰亚胺或PET、PEN、PC、PVC、PMMA、PES中的任一种；b、制备绝缘层；c、制备图形化的透明导电电极；d、制备双层交叉或多层图形化透明导电电极；e、LED贴覆；f、干燥；g、表面覆膜。本发明同现有技术相比，能在柔性透明底上制备具有图形化功能的新型透明薄膜电极，并将该种薄膜和工艺与透明LED显示器件制造工艺相结合，产品透明美观，且可以反复弯曲使用，制作成本低。

Description

具有图形化透明薄膜电极的LED模块制造工艺

技术领域

本发明涉及发光显示器件技术领域，具体地说是一种新型纳米材料基透明薄膜电极的图形化制造工艺。

背景技术

发光二极管LED显示屏是一种通过控制LED矩阵的发光而进行信息显示的器件系统。某些特殊场合，如玻璃幕墙、商店橱窗、立体广告牌、舞台背景、酒店、机场等环境需要LED显示模块透光性好，同时，希望显示屏具有弯曲、伸缩等功能，便于在非平面区域的显示屏安装、搬运和维修。

在公开专利CN100481448C中给出了一种用于机动车中的呈现信息的透明发光二极管显示器，采用了镀有透明导电氧化物薄膜作为导电路径的玻璃作为显示器件柔性衬底；专利CN 201622784U设计了一种基于玻璃板的透明显示、专利CN100514637C给出了透明LED显示器及其制造方法，以上专利及其它目前公布的相关专利均采用透明导电氧化物薄膜TCO作为导电通路，TCO主要分为ITO、FTO和AZO这3种，TCO导电薄膜材料的制备工艺主要采用真空镀膜工艺，需要借助高成本的设备，其应用性价比相对较低。另外，该类透明导电电极薄膜属于金属氧化物基的导电材料，因此该类薄膜的图形化制作需要通过激光刻蚀、湿法刻蚀等复杂工艺实现图形化导电通路，一方面制作成本高，另一方面其工艺灵活性受到了限制。以上专利均采用玻璃作为透明显示器件的导电通路用TCO薄膜的载体，玻璃本身的硬质特征限制了其应用范围只能在平面区域内，无法实现曲面及弧面的透明显示。

在专利CN100514637中提及了显示器采用覆有TCO导电薄膜的塑料柔性衬底，其具有柔性。但是TCO属于无机的氧化物材料，柔性衬底塑料为有机材料，两者应力、拉伸性、表面张力均不同，同时无机的TCO和有机的塑料柔性衬底之间附着力本身就较差，在柔性使用场合下，经反复弯曲使用，基于塑料柔性衬底的TCO薄膜导电通路极易发生断裂、脱落等情况，从而导致透明显示器件的失效，所以该专利涉及的显示器弯曲度和使用寿命受到限制。

随着纳米材料研究的进步，针对TCO薄膜的应用缺陷，研究发展了多种新型的透明导电薄膜，例如专利CN102087886， CN101697288和CN102087884等提及了基于银纳米线的透明导电薄膜；专利CN101842446，CN102110489，CN101535395和CN102017012等给出了碳纳米管基的透明导电薄膜；专利CN101859858，CN101901640，CN101462717中涉及了石墨烯材料应用于透明导电薄膜。以上新型纳米材料基的透明导电薄膜的制备工艺主要采用先抽滤或旋涂再转移压制的过程，该制作工艺存在附着性差、无法精细图形化等问题。在现有工艺路线中，尚无采用现有技术丝网印刷等印刷工艺制备图形化的新型纳米材料基透明薄膜电极的。如现有的丝网印刷工艺及配方只能用来制备非透明导电薄膜材料，再比如拉膜工艺因为是将电路板整个浸入溶液中，这样会在电路板的两面都覆上导电薄膜，这样是做不了图形化电极电路板。

专利CN100514637中，提出LED发光源与电路电极的连接方法，采用传统金属线的线结合工艺Wire-bonding，一般采用金线、铝线或铜线，在柔性衬底上，该类连接方式，极易造成断线或变形导致的LED发光源失效。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，在现有技术的基础上制备具有图形化功能透明薄膜电极的柔性透明电路板，并应用于制作新型的透明LED显示器件。

为实现上述目的，设计一种具有图形化透明薄膜电极的LED模块制造工艺，其特征在于采用如下制备步骤：a、材料准备：将碳纳米管或银纳米线或石墨烯研磨后采用超声均匀分散至水中或混合入具有粘结性的聚氨酯或含乙基纤维素的松油醇或PVA或PVDF有机溶液中，作为制备透明导电薄膜的原料，备用，所述碳纳米管或银纳米线或石墨烯占水或所述有机溶液的重量比为0.01～5％；透明柔性衬底采用聚酰亚胺或PET、PEN、PC、PVC、PMMA、PES中的任一种，将透明柔性衬底洗净后在干燥箱内经80～120℃干燥1～3小时，备用；b、制备绝缘层：采用拉膜或甩胶工艺先制备一层透明绝缘聚合物薄膜，并以120℃加温烘烤1～2小时，形成第一层绝缘层；c、制备图形化的透明导电电极：根据所设计的电路布局，再在第一层绝缘层的上表面采用掩膜结合拉膜工艺或者滴膜工艺或者丝网印刷/辊印法/喷墨打印或者喷涂法，将上述制备好的透明导电薄膜的原料匀布于覆设有掩模的第一层绝缘层上，再以80～120℃加温干燥，并保温1～3小时，待固化后，去除掩模，经120～150℃，烧结2～5小时，留下的膜便形成了第一层图形化的透明导电电极；d、当制备双层交叉或多层图形化的透明导电电极时，则在第一层图形化的透明导电电极上采用掩膜法分别依次再重复制备一层绝缘层和图形化的透明导电电极，获得柔性透明多层电路板；e、LED贴覆采用如下两种方法：根据所设计的电路布局，选择一层图形化的透明导电电极，在所选择的图形化的透明导电电极层上将要贴覆LED发光体的区域两端采用植金球工艺或微点胶工艺用固化温度在100～130℃的室温固化银胶分别制备导电接触点，然后采用固晶法或贴片机将LED发光体用透明绝缘固晶胶固定在两个导电接触点之间，同时使LED发光体的正负极两端分别接触两端的导电接触点，再采用热压工艺将LED发光体固定在透明绝缘固晶胶上，使LED发光体的正负极分别与两端的导电接触点导通；或先采用固晶法或贴片机将LED发光体用透明绝缘固晶胶直接固定在所选择的图形化的透明导电电极层将要贴覆LED发光体的区域上，然后采用微点胶工艺将室温固化银胶分别点滴于LED发光体的正负极，使LED发光体的正负极分别与其下所对应的图形化的透明导电电极的区域之间导通；f、干燥：经干燥箱80～100℃烘烤1小时，形成LED模块；g、表面覆膜：在固定有LED发光体的一面的LED模块上制备一层厚度为5～20nm的DLC透明薄膜。

所述的透明绝缘聚合物薄膜采用聚乙烯醇PVA、聚偏氟乙烯PVDF、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚醋酸乙烯PVAC，聚乙烯－乙烯醇PEVOH、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚甲基-丙烯酸羟乙酯PM/HEA、聚苯乙烯PS 、聚氨酯PEU、聚双酚碳酸酯PCR、聚甲基乙烯基酮PVMK、聚（3，4-二氧乙基噻吩）、聚对苯乙烯磺酸中的任一种制备而成，或采用上述聚合物的任意组合制备而成的复合膜。

所述的室温固化银胶采用长度在15～25μm以上的银纳米线制备而成。

本发明同现有技术相比，能在柔性透明衬底上制备具有图形化功能的新型透明薄膜电极，并将该种薄膜和工艺与透明LED显示器件制造工艺相结合，产品透明美观，且可以反复弯曲使用，制作成本低。

附图说明

图1为本发明一个实施例中在覆设有第一层绝缘层的透明柔性衬底表面制备第一层图形化的透明导电电极后的结构示意图。

图2为在图1的基础上制备第二层绝缘层后的结构示意图。

图3为在图2的基础上制备第二层图形化的透明导电电极的结构示意图。

图4为在图3的基础上制备导电接触点后的结构示意图。

图5为在图4的基础上贴覆LED发光体后形成的LED模块的结构示意图。

图6为本发明另一个实施例中在覆设有第一层绝缘层的透明柔性衬底表面制备第一层图形化的透明导电电极后的结构示意图。

图7为在图6的基础上制备第二层绝缘层后的结构示意图。

图8为在图7的基础上制备第二层图形化的透明导电电极的结构示意图。

图9为在图8的基础上制备导电接触点后的结构示意图。

图10为在图9的基础上贴覆LED发光体后形成的LED模块的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

实施例1

透明柔性衬底：将具有180℃耐温性能的PET透明柔性衬底用去离子水和酒精的1：1混合液超声清洗干净，放入干燥烘箱内100℃烘烤2小时。

第一层绝缘层：将PVDF粉末溶解在二甲基乙酰胺溶剂中制备成含有PVDF的浓度为10%的二甲基乙酰胺溶液，通过拉膜工艺在上述透明柔性衬底上制备一层PVDF透明绝缘聚合物薄膜，加温120℃烘烤2小时，形成第一层绝缘层2；第一层绝缘层2表面经纳米压印工艺制作成规则的不平整的微结构，该微结构深度1～50nm，后面的工艺中每完成一层作为绝缘层的透明绝缘聚合物薄膜，均实施一次以上纳米压印工艺。

第一层图形化的透明导电电极：选用长度为25μm，直径为80nm的银纳米线1mg，取松油醇10g，通过研磨和超声作用，使银纳米线均匀分散在松油醇内，在松油醇浆料中添加乙基纤维素600mg，经搅拌溶解均匀后制备成半透明的导电浆料，在第一层绝缘层上通过图形化的丝网，再采用丝网印刷法再制备一层图形化的透明导电电极3，加温150℃烘烤2小时固化，揭去丝网，形成第一层图形化的透明导电电极3，这里图形化的丝网相当于起到掩模的作用，参见图1。

第二层绝缘层：如果要制备多层透明导电电极，则在第一层图形化的透明导电电极3上表面的局部区域通过相当于掩模的图形化丝网，采用聚氨酯PU通过丝网印刷法制备图形化的透明的第二层绝缘层4，并在120℃下加温烘烤1小时，参见图2。

第二层图形化的透明导电电极：再采用上述纳米银线制备的半透明的导电浆料，通过相当于掩模的图形化丝网采用丝网印刷法在第二层绝缘层上表面制备第二层图形化的透明导电电极5，然后在150℃下加温烘烤2小时固化后，揭去丝网，获得透明多层电路板，参见图3。

LED发光体选用白色贴片封装的小功率0603型LED，在第一层透明导电电极3中将要贴覆LED发光体的区域上，用长度为15～25μm纳米银线以传统工艺制成的低温固化银胶采用点胶工艺制备形成导电接触点7，参见图4；采用透明绝缘固晶胶，通过固晶工艺固定LED发光体6，使LED发光体6的正负两极分别与导电接触点7连接，从而使LED发光体与其下所对应的第一层图形化的透明导电电极相连接导通，经130℃加温固化30min，完成了柔性透明LED显示模块的制作，参见图5。

为减弱LED发光体上的沾污粘灰能力，采用等离子体化学气相沉积法在LED模块的LED发光体表面制备一层厚度为10nm的透明DLC薄膜。

实施例2

透明柔性衬底：将具有180℃耐温性能的PVC膜用去离子水和酒精的1：1混合液超声清洗干净，放入干燥烘箱内100℃烘烤2小时，作为透明柔性衬底备用。

第一层绝缘层：制备浓度为8%的PVA水溶液，通过甩胶工艺在上述透明柔性衬底上制备一层PVA透明绝缘聚合物薄膜，加温120℃烘烤2小时形成第一层绝缘层2。

第一层图形化的透明导电电极：用传统光刻工艺所用的正胶，以丝网印刷工艺在不需要导电电极的位置制备一层膜面光刻胶，经80℃干燥烘烤1小时，用等离子体表面处理工艺按设计好的图形轰击上述所制得的膜面光刻胶，形成图形化的掩膜；选用长度为30μm，直径为100nm的碳纳米管0.1mg，取0.9mg的PVA，与碳纳米管一起放入20ml去离子水中，通过搅拌和超声作用，使PVA溶解形成具有粘性的溶液，同时使碳纳米管均匀分散在溶液中，并形成悬浮液；将上述悬浮液通过甩胶工艺在覆有光刻胶的PVA膜上形成透明导电电极的薄膜，以150℃烧结1小时，固化，然后将作为掩模的膜面光刻胶采用曝光去胶后，留下第一层图形化的透明导电电极3，经60℃干燥1小时，完成第一层图形化的透明导电电极3的制作，然后采用热压工艺，以120℃，1～2kg压力压紧第一层图形化的透明导电电极3的表面，以巩固第一层图形化的透明导电电极3与PVA透明绝缘聚合物薄膜的结合力，并降低表面碳管之间的接触电阻，再用等离子体表面处理工艺，轰击以上工艺制备所得的膜面，参见图6。

第二层绝缘层：然后，再利用图形化的丝网采用聚氯乙烯PVC通过丝网印刷工艺在第一层图形化的透明导电电极上层制备第二层透明绝缘聚合物薄膜，经100℃烘烤1小时，参见图7。

第二层图形化的透明导电电极：再采用上述的透明导电电制备工艺在第二层绝缘层4的上层制备第二层的图形化的透明导电电极5，参见图8。

通过传统植金球工艺，按预先设计好的位于LED发光体6正负极边缘处的透明导电电极区域采用室温固化银胶分别种植金球形成导电接触点7，参见图9，LED发光体6选用小功率LED倒装芯片，通过传统的倒装芯片封装工艺，将透明的LED芯片的正负极分别直接固定连接到导电接触点上，完成柔性透明LED显示模块的制作，参见图10。

再采用过滤阴极真空电弧法在柔性透明LED显示模块的LED发光体一面制备一层厚度为15nm的透明DLC薄膜。

Claims

1.一种具有图形化透明薄膜电极的LED模块制造工艺，其特征在于采用如下制备步骤：a、材料准备：将碳纳米管或银纳米线或石墨烯研磨后采用超声均匀分散至水中或混合入具有粘结性的聚氨酯或含乙基纤维素的松油醇或PVA或PVDF有机溶液中，作为制备透明导电薄膜的原料，备用，所述碳纳米管或银纳米线或石墨烯占水或所述有机溶液的重量比为0.01～5％；透明柔性衬底采用聚酰亚胺或PET、PEN、PC、PVC、PMMA、PES中的任一种，将透明柔性衬底洗净后在干燥箱内经80～120℃干燥1～3小时，备用；b、制备绝缘层：在上述透明柔性衬底上采用拉膜或甩胶工艺先制备一层透明绝缘聚合物薄膜，并以120℃加温烘烤1～2小时，形成第一层绝缘层（2）；c、制备图形化的透明导电电极：根据所设计的电路布局，再在第一层绝缘层的上表面采用掩膜结合拉膜工艺或者滴膜工艺或者丝网印刷或辊印法或喷墨打印或者喷涂法，将制备好的上述透明导电薄膜的原料匀布于覆设有掩模的第一层绝缘层上，再以80～120℃加温干燥，并保温1～3小时，待固化后，去除掩模，经120～150℃，烧结2～5小时，留下的膜便形成了第一层图形化的透明导电电极（3）；d、当制备双层交叉或多层图形化的透明导电电极时，则在第一层图形化的透明导电电极上采用掩膜法分别依次再重复制备一层绝缘层和图形化的透明导电电极，获得柔性透明多层电路板；e、LED贴覆采用如下两种方法：根据所设计的电路布局，选择一层图形化的透明导电电极，在所选择的图形化的透明导电电极层上将要贴覆LED发光体（6）的区域两端采用植金球工艺或微点胶工艺用固化温度在100～130℃的室温固化银胶分别制备导电接触点（7），然后采用固晶法或贴片机将LED发光体（6）用透明绝缘固晶胶固定在两个导电接触点之间，同时使LED发光体（6）的正负极两端分别接触两端的导电接触点（7），再采用热压工艺将LED发光体（6）固定在透明绝缘固晶胶上，使LED发光体（6）的正负极分别与两端的导电接触点（7）导通；或先采用固晶法或贴片机将LED发光体（6）用透明绝缘固晶胶直接固定在所选择的图形化的透明导电电极层将要贴覆LED发光体的区域上，然后采用微点胶工艺将室温固化银胶分别点滴于LED发光体（6）的正负极，使LED发光体的正负极分别与其下所对应的图形化的透明导电电极的区域之间导通；f、干燥：经干燥箱80～100℃烘烤1小时，形成LED模块；g、表面覆膜：在固定有LED发光体的一面的LED模块上制备一层厚度为5～20nm的DLC透明薄膜。

2.如权利要求1所述的一种具有图形化透明薄膜电极的LED模块制造工艺，其特征在于：所述的透明绝缘聚合物薄膜采用聚乙烯醇PVA、聚偏氟乙烯PVDF、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚醋酸乙烯PVAC，聚乙烯－乙烯醇PEVOH、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚甲基-丙烯酸羟乙酯PM/HEA、聚苯乙烯PS 、聚氨酯PEU、聚双酚碳酸酯PCR、聚甲基乙烯基酮PVMK、聚（3，4-二氧乙基噻吩）、聚对苯乙烯磺酸中的任一种制备而成，或采用上述聚合物的任意组合制备而成的复合膜。

3.如权利要求1所述的一种具有图形化透明薄膜电极的LED模块制造工艺，其特征在于：所述的室温固化银胶采用长度在15～25μm以上的银纳米线制备而成。