CN102651331A - 基板托盘及柔性电子器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基板托盘，包括托盘基板，托盘基板上具有凹槽区和位于凹槽区外围的平面状的边缘区，凹槽区设置有多个凹槽。本发明还公开了一种柔性电子器件制造方法，将柔性基板放置在基板托盘上凹槽区上方；将附带柔性基板的基板托盘放入腔室内做抽真空处理，并在柔性基板上方沉积固定层，固定层的外边缘覆盖延伸到柔性基板的外边界以外，由此将柔性基板固定在基板托盘上；在柔性基板上进行电子器件的加工工艺，然后将柔性基板与基板托盘分离。本发明装置和方法可以在现有的TFT-LCD、E-paper、AMOLED、LTPS、Oxide TFT、Organic TFT产线上进行，一方面可以使用现有的工艺设备和工艺条件，另一方面节约大量的材料和设备投资。

Description

基板托盘及柔性电子器件制造方法

技术领域

本发明涉及柔性电子器件领域，特别是涉及一种基板托盘及使用该基板托盘的柔性电子器件制造方法。

背景技术

柔性显示技术主要应用柔性电子技术，即将柔性显示介质电子元件与材料安装在有柔性或可弯曲的基板上，使得电子器件具有能够弯曲或卷曲成任意形状的特性。

按照目前使用的情况区分，柔性电子器件可分为如下几种型态：

(1)具备纸张画质的柔性电子器件：未来主要应用于书本或广告看板等细分市场，因此需要具备轻薄、低耗电量等产品特性，而弯曲特性则并非重点，目前合适的技术有LCD、EPD与MEMS。

(2)具备微弯曲特性的柔性电子器件：须具备低耗电特性，厚度最好在0.5mm以下，且具备较佳的画面特性，电子器件弯曲程度的要求不需要很高，EPD，OLED与LCD技术都极为适合具备微弯曲特性的柔性电子器件的发展。

(3)卷曲式柔性电子器件：须具备低耗电特性，厚度最好在0.5mm以下，且具备较佳的画面特性，电子器件本身需要可以弯曲，甚至能够卷曲，EPD、OLED与LCD技术都极为适合卷曲式柔性电子器件的发展。

柔性电子器件的基本构造可以分为基板、中间显示介质与封装等三层主要结构。柔性电子器件使用诸如超薄化玻璃、塑料或者超薄金属等材料作为电子器件的基板，与传统使用硬性玻璃基板的硬性电子器件相比，具有轻、薄、柔软可弯折、耐冲击性强等许多优点，使得携带更加方便。

柔性显示技术中柔性基板的选择至关重要，它是柔性显示弯曲性能的关键所在。表l为几种常用的柔性基板材料的相关特性比较表。

表1

(1)超薄玻璃基板

当玻璃基板厚度低于0.2mm以下，玻璃基板便开始具备可弯曲特性。由于基于玻璃基板的柔性电子器件基本可以沿用现有成熟的制造工艺，并且显示性能优良，可靠性好，因此已有众多面板厂商尝试将LCD的玻璃基板厚度研制成0.2mm或以下，来实现可弯曲的柔性电子器件。但是超薄玻璃基板也存在很多缺点，如抛光成本高，玻璃极易破碎，导致生产良率低；挠曲性能不佳，只能用来制作微弯曲显性器；无法搭配卷对卷制程方式等。

(2)超薄金属

金属箔片作为柔性基板具有很多优良特性，如具有优异的耐高温制程，其热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)与玻璃基材相近，耐化性与阻气性亦佳，且具有极好的延展性，适合于开发柔性电子器件，并具备卷对卷制程能力。但由于金属箔片是不透明材料，因此仅适用于反射式显示面板，并且金属箔片还存在表面粗糙问题，一度成为其技术瓶颈。但是基于金属箔片的优越特性，现有的很多柔性电子器件都是采用金属箔片基板来实现。

(3)塑料基板

由于玻璃基板与金属基板本身特点的制约性，塑料基板未来将是柔性显示的最佳选择，因为其具有很好的透光性、优异的挠曲性及良好的表面平坦性。但作为柔性电子器件基板，塑料也有其必须克服的难题，如耐热性、尺寸安定性及阻气性不佳等问题。一般用于显示基板的塑料材料有PET(Poly Ethylene Terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(Poly Ethylene Naphthalene，聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(Poly Ether Sulfones，聚醚砜树脂)、PI(Poly Imide，聚酰亚胺)、FRP(Fiber Reinforced Plastics，纤维增强复合塑料)等材料。其中，PET材料由于其成本低，应用较多，但是其玻璃化温度低，可直接导致其制程温度低；PEN材料具有较高的玻璃化温度，且抗化学性能以及尺寸安定性都较好，被用于开发柔性OLED，但由于其具有很高的延迟量，不太适合用于柔性LCD；PES材料具有较高的玻璃化温度，但是其尺寸安定性相对较差；目前综合性能比较好的塑料材料则是住友开发的FRP材料，但未见使用报道。另外由于塑料基板的阻气阻水性能，甚至抗化学性等性能均不好，使得塑料在作为柔性显示基板时，必须经过多层镀膜处理。

柔性LCD采用塑料基板的技术瓶颈在于塑料基材存在的硬度低、热膨胀系数高、耐高温性能差等特点，常规LCD工艺无法简单的移植到塑料基材上。塑料基板要适合于LCD生产工艺，硬度须达到6H，而一般塑料基板都达不到这个水平，如PET基板只能达到3H。此外，塑料基板的CTE比较大，导致尺寸稳定性比较差，在受热受力情况下易出现卷曲现象。目前这两个问题可通过基板固定和取下的技术来解决，即先将塑料基板固定在刚性基板上如玻璃基板，以完成基板传送和各段工艺制作，再将其从刚性基板上取下。这里可以采用双面具有不同粘结性的粘结材料将塑料基板与刚性基板粘合起来，使粘结塑料基板的一侧具有弱粘结性，而粘结玻璃基板的一侧具有强粘结性，这样便很容易将塑料基板取下。此外还可以采用可冷剥离的粘结材料，采取降温来降低其粘结性，从而将塑料基板从刚性基板上剥离下来。另外，由于LCD制程中有强酸、强碱以及高温环境，因此还要求该粘结材料具备很好的耐化学和抗高温性能。

上述基板固定和取下的工艺，与现有的TFT-LCD工艺相比较，该技术不仅会增加新的粘结材料、新的设备，而且在塑料基板固定和脱落的工艺中可能会产生很多的不良，如划伤，静电和破损等，从而导致产率降低。

此外，还有采用紫外光照或激光技术来分离柔性基板和普通玻璃基板的工艺。如PVI(PVI，美国一家公司，成立于1947年，以生产和研发新型建筑材料闻名)的塑胶电子激光释放工艺(EPLaR)，该工艺可以使用传统的以玻璃基板为衬底的TFT-LCD或E-paper生产线，不同的是需要以10um厚的聚合物层加到玻璃基板上。只要在合适类型的聚合物粘合面进行了合适的界面处理，聚合物就能够非常牢固地附着在玻璃基底上，该层聚合物能够承受制备TFT的所有工序。在柔性器件完成之后使用激光工艺将聚合物层从玻璃基板上释放出来，聚合物层就变成了柔性电子器件的塑料基板。但是，该类型的聚合物材料是否能经受LCD或AMOLED中的化学气相沉积及退火、快速高温退火等高温工艺设备的考验还是一个未知数，而且在现有的TFT-LCD、AMOLED产线基础上还要增加新的原材料和设备，成本相应增加。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何利用现有的工艺设备和工艺条件，在节约材料和设备投资的技术上，进行柔性电子器件的生产。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基板托盘，其包括托盘基板，所述托盘基板上具有凹槽区和位于凹槽区外围的平面状的边缘区，所述凹槽区设置有多个凹槽。

其中，所述多个凹槽为延伸到凹槽区边缘的条形槽。

其中，多个所述条形槽包括多个横向延伸的条形槽和多个纵向延伸的条形槽。

其中，所述条形槽从凹槽区的一侧边缘延伸到其相对的另一侧边缘。

其中，所述凹槽的深度不大于1μm，凹槽横截面图形的边长为mμm-nmm，其中，1≤m＜n≤10。

其中，所述凹槽横截面图形为圆形、椭圆形、多边形中的一种或几种。

其中，所述托盘基板的材质为玻璃、金属或塑料。

本发明还提供了一种柔性电子器件制造方法，其包括以下步骤：

步骤1：将柔性基板放置在基板托盘上凹槽区上方；

步骤2：将附带柔性基板的基板托盘放入腔室内做抽真空处理，并在柔性基板上方沉积固定层，所述固定层的外边缘覆盖延伸到柔性基板的外边界以外，由此将柔性基板固定在基板托盘上；

步骤3：在柔性基板上进行电子器件的加工工艺，然后将柔性基板与基板托盘分离。

其中，所述步骤3中，柔性基板与基板托盘的分离具体包括：

步骤31：在固定层上涂布光刻胶，将对应于柔性基板外边界及其外部区域的光刻胶曝光和显影；

步骤32：蚀刻掉柔性基板外边界及其外部区域上未被光刻胶覆盖的固定层，将剩余光刻胶剥离，柔性基板与基板托盘之间的真空被释放，柔性基板与基板托盘分离。

其中，所述步骤2中，所述固定层的厚度为0.05μm-10μm。。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的基板托盘及使用该基板托盘的柔性电子器件制造方法，可以在现有的TFT-LCD、E-paper、AMOLED、LTPS、Oxide TFT、Organic TFT产线上进行，一方面可以使用现有的工艺设备和工艺条件，另一方面节约大量的材料和设备投资。

附图说明

图1是本发明实施例2中基板托盘的俯视图；

图2是图1中基板托盘上一个凹槽的剖面图；

图3是本发明实施例3中柔性基板贴附在基板托盘上的结构俯视图；

图4是图3中基板托盘上一个凹槽被柔性基板贴附后的剖面图；

图5是本发明实施例3中柔性基板及基板托盘上沉积上固定层后，基板托盘上一个凹槽及其外边界的剖面图；

图6是对图5中的柔性基板外边界及其外部区域蚀刻掉固定层之后的剖面图。

其中，1：托盘基板；2：凹槽；3：柔性基板；4：固定层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种基板托盘，该基板托盘用于支撑柔性基板，基板托盘的具体制作流程如下所述。

首先，需要制作一掩膜版，该掩膜版包括多个透光区域和遮光区域，多个透光区域和遮光区域交替设置，规则地分布在掩膜版上。因为基板托盘的图案没有特殊限定，所以掩膜版透光区域或遮光区域的图形可以为条状；该条状图形纵横交错，延伸至掩膜版边缘区域。

掩膜版制作完成之后，选择基板托盘的材料，可以选用玻璃、金属或塑料等作为托盘基板，清洗托盘基板，在托盘基板上涂覆光刻胶，并对光刻胶进行预固化处理，其中光刻胶的厚度为1μm-3μm；然后，使用所制作的掩膜版对托盘基板上的光刻胶进行曝光、显影和固化，本实施例中的光刻胶可以选用正性光刻胶或者负性光刻胶；接下来，对托盘基板上未被光刻胶保护的区域进行蚀刻，根据托盘基板所选用的材料的不同，选用干法蚀刻或湿法蚀刻，以在托盘基板上形成凹槽；最后，将托盘基板上的光刻胶剥离，并进行清洗处理，制得所需的基板托盘。

本实施例中的基板托盘主要用于支撑柔性基板进行柔性电子器件的制作，所以为了维持和释放真空，基板托盘上凹槽的深度优选为不大于1μm，凹槽横截面图形的边长在数微米到数毫米之间，即为mμm-nmm，其中，1≤m＜n≤10。

根据上述基板托盘制造方法可以制得一基板托盘，该基板托盘上具有凹槽区和位于凹槽区外围的平面状的边缘区，凹槽区设置有多个凹槽。图1示出了本实施例的一种基板托盘，在矩形形状的托盘基板1上，多个横向延伸的条形槽和多个纵向延伸的条形槽延伸至凹槽区边缘。图2给出了基板托盘上其中一个凹槽的剖视图，由图可以看出，凹槽2间隔设置，由于本实施例的基板托盘主要用于支撑柔性基板以制作柔性电子器件，所以为了维持和释放真空，凹槽2的深度d设置为不大于1μm，其槽横截面图形的边长a设置为mμm-nmm，其中，1≤m＜n≤10。

本实施例中，托盘基板1的材质可以为玻璃、金属或塑料。另外，由于凹槽2的横截面形状的不同不会影响基板托盘对柔性基板的支撑和柔性电子器件的制作，所以，凹槽2的横截面的形状不局限于矩形，也可以为其它多边形、圆形、椭圆形中的一种或几种的组合，或者为不规则的几何图形。

实施例2

本实施例所提供的基板托盘及其制作过程与实施例1所述的基板托盘及其制作过程相类似，其区别之处如下。

在基板托盘的制作过程中，所需的掩膜版的透光区域或遮光区域间隔设置，透光区域或遮光区域的图像为圆形、椭圆形、多边形中的一种或几种。由此制得的基板托盘，其凹槽区上的凹槽互不连通，相互间隔设置。

实施例3

利用实施例1和实施例2所述的基板托盘可以进行本实施例的柔性电子器件的制作。

首先，将柔性基板放置在基板托盘上凹槽区上方，柔性基板的外边界可以落在凹槽区以外的平面状边缘区上。如图3所示，托盘基板1的外边界为平面状边缘区，其上没有设置凹槽。图4示出了图3中柔性基板外边界处基板托盘上一个凹槽区域的剖视图。

本实施例中，根据所制作的柔性电子器件的类型的不同，柔性基板可以选用超薄的玻璃、超薄的金属或塑料等。

然后，将附带柔性基板的基板托盘放入腔室内做抽真空处理，并在柔性基板上方沉积固定层，固定层的外边缘覆盖延伸到柔性基板的外边界以外，由此将柔性基板固定在基板托盘上，从而保持了柔性基板下部基板托盘上凹槽2内部的真空度。如图5所示，以柔性基板外边界处所覆盖的一个凹槽区域为例，示出了固定层沉积在柔性基板及其外边界和柔性基板外边界外部的基板托盘上的剖视图，柔性基板3覆盖在基板托盘上，固定层4覆盖在柔性基板3和基板托盘上。

本实施例中，柔性基板和基板托盘上沉积的固定层可以是绝缘层或导电层，材质可以选用有机、无机材料或金属材料，可以通过化学气相沉积或物理气相沉积实现固定层沉积。在柔性基板上沉积绝缘层或导电层是柔性电子器件制作工艺中必不可少的一步，在进行该部操作的同时，将绝缘层或导电层沉积在柔性基板外边界及其外部的基板托盘上，可以将柔性基板固定在基板托盘上，由硬质的基板托盘支撑柔性基板进行柔性电子器件的各步制作工艺，以避免柔性电子器件因其自身的硬度、耐酸碱和耐高温的性能而引起的不良率高、产率低等缺陷。根据柔性基板上绝缘层或导电层的需要，固定层的厚度优选为为0.05μm-10μm。

最后，将基板托盘移出真空腔室，在柔性基板上进行柔性电子器件的制作工艺，然后将柔性基板与基板托盘分离。

基板托盘从真空腔室移出到大气环境中后，受大气压力作用，柔性基板紧贴在基板托盘上，为了防止水分等其它物质的渗透，在固定层沉积时不进行任何追加的工艺。

本实施例中，将柔性基板与基板托盘分离，首先需要在固定层上涂布光刻胶并预固化，使用另一掩膜版对柔性基板外边界及其外部区域的光刻胶进行曝光、显影和固化；即，上述涂胶、预固化、曝光、显影和固化工艺处理将柔性基板的表面区域和基板托盘上未沉积固定层的区域保护起来，对其它区域的正性光刻胶或负性光刻胶进行曝光和显影；然后，对显影区域进行蚀刻，刻蚀掉该区域上的固定层，并将柔性基板和基板托盘上其它区域的光刻胶剥离掉，柔性基板与基板托盘之间的真空被释放，柔性基板与基板托盘分离。

图6示出了对图5中柔性基板外边界及其外部的基板托盘上的固定层蚀刻掉之后的图示，仅保留了柔性基板3上方的固定层4。本实施例中，根据固定层材料的不同，选用干法蚀刻或湿法蚀刻以去掉柔性基板外边界及其外部的基板托盘上的固定层。

由上述两个实施例可以看出，本发明实施例制作了带有凹槽的基板托盘，用该基板托盘支撑柔性基板以生产柔性电子器件，无需使用粘附剂将柔性基板粘附在基板托盘上，利用基板托盘上的凹槽，在真空环境中进行导电层或绝缘层的沉积过程中，在凹槽内维持真空，将柔性基板与基板托盘固定，柔性电子器件制作工艺达到一定阶段之后，利用常规的曝光显影蚀刻，将两者分离，即完成柔性电子器件的关键工艺步骤；并且，基板托盘在一次柔性电子器件制作工艺之后，通过清洗处理，还可以再利用，降低了柔性电子器件制作成本；柔性电子器件的整个制程均是利用现有的工艺设备和工艺条件来完成，可以在现有的TFT-LCD、E-paper、AMOLED、LTPS、Oxide TFT、OrganicTFT产线上进行，适用范围广泛。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基板托盘，其特征在于，包括托盘基板，所述托盘基板上具有凹槽区和位于凹槽区外围的平面状的边缘区，所述凹槽区设置有多个凹槽。

2.如权利要求1所述的基板托盘，其特征在于，所述多个凹槽为延伸到凹槽区边缘的条形槽。

3.如权利要求2所述的基板托盘，其特征在于，多个所述条形槽包括多个横向延伸的条形槽和多个纵向延伸的条形槽。

4.如权利要求2所述的基板托盘，其特征在于，所述条形槽从凹槽区的一侧边缘延伸到其相对的另一侧边缘。

5.如权利要求1-4中任一所述的基板托盘，其特征在于，所述凹槽的深度不大于1μm，凹槽横截面图形的边长为mμm-nmm，其中，1≤m＜n≤10。

6.如权利要求5所述的基板托盘，其特征在于，所述凹槽横截面图形为圆形、椭圆形、多边形中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的基板托盘，其特征在于，所述托盘基板的材质为玻璃、金属或塑料。

8.一种柔性电子器件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将柔性基板放置在基板托盘上凹槽区上方；

步骤2：将附带柔性基板的基板托盘放入腔室内做抽真空处理，并在柔性基板上方沉积固定层，所述固定层的外边缘覆盖延伸到柔性基板的外边界以外，由此将柔性基板固定在基板托盘上；

步骤3：在柔性基板上进行电子器件的加工工艺，然后将柔性基板与基板托盘分离。

9.如权利要求8所述的柔性电子器件制造方法，其特征在于，所述步骤3中，柔性基板与基板托盘的分离具体包括：

步骤31：在固定层上涂布光刻胶，将对应于柔性基板外边界及其外部区域的光刻胶曝光和显影；

步骤32：蚀刻掉柔性基板外边界及其外部区域上未被光刻胶覆盖的固定层，将剩余光刻胶剥离，柔性基板与基板托盘之间的真空被释放，柔性基板与基板托盘分离。

10.如权利要求8所述的柔性电子器件制造方法，其特征在于，所述步骤2中，所述固定层的厚度为0.05μm-10μm。

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