CN103022354B - 一种柔性衬底 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的柔性衬底，包括聚合物基片以及设置在基片上的多个阻隔层，相邻阻隔层之间设置有平坦化层，平坦化层包括多个在第一方向和第二方向均相互分离的平坦化单元，第一方向和第二方向的夹角为0°~180°，平坦化层中平坦化单元在基片上的投影覆盖相邻平坦化层中平坦化单元在基片上的投影间的间隙，且投影区域部分重叠；这样相邻平坦化层能相互覆盖组成单元之间的缝隙位置，以阻挡水氧的横向穿透，确保柔性衬底能在大于平坦化单元的尺度范围内任意尺寸裁切，以实现柔性衬底的大规模生产，简化了工艺步骤，降低了生产成本。平坦化层中奇数层或偶数层的厚度分别在远离基片的方向上依次递减，保证柔性衬底的最顶面粗糙度低，适合有机光电器件的制备。

Description

一种柔性衬底
技术领域
本发明涉及有机光电领域，具体涉及一种具有水氧阻隔功能的用于制造OLED、OPV、OTFT等有机光电器件的柔性衬底。
背景技术
有机电致发光二极管（英文全称为OrganicLight-EmittingDiodes，简称为OLED）、有机太阳能电池（英文全称为OrganicPhotovoltaic，简称为OPV）、有机薄膜场效应晶体管（英文全称为OrganicThinFilmTransistor，简称为OTFT）、有机光泵浦激光器（英文全称为OrganicSemiconductorLasers，简称为OSL）等有机光电器件最具魅力的所在就是可以实现柔性化，具体是将有机光电器件制作在柔性聚合物衬底上，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚矾醚（PES）、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰亚胺（PI）等，这些聚合物衬底可以使得有机光电器件弯曲，并且可以卷成任意形状。
有机光电器件对水氧的侵蚀非常敏感，微量的水氧就会造成器件中有机材料的氧化、结晶或者电极的劣化，影响器件的寿命或者直接导致器件的损坏。而与玻璃衬底相比，大部分聚合物衬底的水、氧透过率比较高，不足以保证器件的长期可靠运行，常见聚合物衬底的水汽、氧气渗透速率如下表所示。
现有技术中，通常会在聚合物基板上交替设置平坦化层和水氧阻隔层，以增加聚合物基板的水氧阻隔能力。如附图1所示，在聚合物基片101上,设置水氧阻隔层103，并以平坦化层102隔开；水氧阻隔层103用于隔绝水汽和氧气，而为了保证其成膜的致密性和平整性，以及膜内缺陷的生长，在相邻的水氧阻隔层103之间设置平坦化层102。通常，聚合物衬底上需要设置3~5层以上的水氧阻隔层103才能达到合适生产有机光电器件的水氧阻隔能力。然而平坦化层102一般为聚合物材料层，其水氧阻隔能力不佳，当聚合物衬底需要切割时，切割后的侧面就会暴露于外界的空气中，水汽和氧气便会从箭头所述路径渗入器件内部，使得只有一层水氧阻隔层103起到阻隔作用，严重影响器件的性能。
为了解决这一问题，现有的柔性衬底只能先定义尺寸，在根据其尺寸定义水氧阻隔层和平坦化层的覆盖范围，使得平坦化层的覆盖范围小于水氧阻隔层的范围，从而使得多层水氧阻隔层能在柔性衬底的边缘彼此相连，防止水汽和氧气在侧方渗入。而这种解决方案带来的问题是，所制备的柔性衬底不能切割以适应不同尺寸产品的需求，不同尺寸的产品需要适合该产品尺寸的一套掩膜来定义平坦化层和水氧阻隔层的尺寸，无疑增加了生产成本。
另外，卷对卷（rolltoroll）镀膜被认为是提升具有水氧阻隔膜系柔性衬底产能，降低生产成本的有效手段，但是该工艺必然包含切割的过程，而在上述水氧阻隔膜系的制备方法中不适用卷对卷工艺，不能有效降低生产成本。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有技术中具有水氧阻隔层的柔性衬底不能切割、生产成本高的问题，提供一种新型可切割且生产成本低的柔性衬底。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种柔性衬底，包括聚合物基片以及设置在基片上的多个阻隔层，所述相邻阻隔层之间设置有平坦化层，所述平坦化层包括多个在第一方向和第二方向均相互分离的平坦化单元，所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影覆盖相邻所述平坦化层中相邻所述平坦化单元在所述基片上的投影的间隙，且所述投影区域部分重叠；所述平坦化层中奇数层或偶数层的厚度分别在远离所述基片的方向上依次递减；所述第一方向和所述第二方向的夹角大于0°且小于180°。
所述平坦化层中的所述平坦化单元在所述第一方向和所述第二方向均呈周期排布。
相邻所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影相差半个周期。
所述平坦化层的厚度为100-5000nm。
所述平坦化单元在所述基片上的投影在任意方向上的宽度为10-2000μm。
同一所述平坦化层中相邻所述平坦化单元在所述基片上的投影的间距为10-2000μm。
同一所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同。
不同所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同或者不同。
不同所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同。
所述平坦化层的制备方法选自喷墨打印-紫外固化、闪蒸发-紫外固化、化学气相沉积、气相聚合、等离子体聚合中的一种。
所述平坦化层为聚合物层，不同所述平坦化层所用的所述聚合物相同或不同。
所述聚合物选自聚丙烯酸酯、聚对二甲苯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中的一种或多种的组合。
不同所述阻隔层的厚度相同或不同，为20-200nm。
所述阻隔层的制备方法选自直流溅射、射频溅射、反应溅射、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积中的一种。
不同所述阻隔层的材料相同或者不同，选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化锆、氮氧化铝、氮氧化硅、非晶碳中的一种或多种的组合。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本发明提供的柔性衬底，所述平坦化层由多个在第一方向和第二方向上均相互分离的平坦化单元组成；所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影覆盖在相邻所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影间的间隙上，且所述投影区域部分重叠，这样能够保证相邻平坦化层能相互覆盖组成单元之间的缝隙位置，以阻挡水氧的横向穿透，确保所述柔性衬底能在大于所述平坦化单元的尺度范围内任意尺寸裁切，这就可以实现柔性衬底的大规模生产，简化了工艺步骤，降低了生产成本。
2.所述平坦化层的奇数层或偶数层的厚度沿远离所述基片的方向依次递减，保证所述柔性衬底的最顶面粗糙度低，适合器件的制备。
3.所述平坦化层中的所述平坦化单元在所述第一方向和所述第二方向均呈周期排布，相邻所述平坦化层中平坦化单元在所述基片上的投影相差半个周期，所述平坦化单元排布规则，工艺上容易实现，并且可以确保相邻平坦化层能相互覆盖组成单元之间的缝隙位置，有效阻挡水氧的横向穿透。
4.所述平坦化层和所述平坦化单元的尺寸较大，制备精度要求低，在工艺上容易实现。
5.本发明提供的柔性衬底中所述平坦化层和所述阻隔层的厚度均较低，能有效降低使用所述柔性衬底的器件的厚度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术中具有水氧阻隔膜系柔性衬底的横截面示意图；
图2是本发明实施例1中所述柔性衬底的横截面示意图；
图3是本发明实施例1中所述柔性衬底中相邻平坦化层中平坦化单元在基片上投影的位置关系图。
图4是本发明实施例2中所述柔性衬底中相邻平坦化层中平坦化单元在基片上投影的位置关系图。
图5是本发明实施例3中所述柔性衬底中相邻平坦化层中平坦化单元在基片上投影的位置关系图。
图中附图标记表示为：101-聚合物基片、102-平坦化层、103-水氧阻隔层、201-PI基片、202-第一阻隔层、203-第一平坦化层、204-第二阻隔层、205-第二平坦化层、206-第三阻隔层、207-第三平坦化层、208-第四阻隔层、209-第四平坦化层、210-第五阻隔层、301-奇数层平坦化层、302-偶数层平坦化层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
附图3-5中，点划线箭头方向表示第一方向，虚线箭头方向表示第二方向。
实施例1
如附图2-3所示，本实施例所提供的一种柔性衬底，包括PI基片201、依次设置PI基片201上的第一阻隔层202、第一平坦化层203、第二阻隔层204、第二平坦化层205、第三阻隔层206、第三平坦化层207、第四阻隔层208、第四平坦化层209、以及第五阻隔层210。
第一平坦化层203、第二平坦化层205、第三平坦化层207、第四平坦化层209均由相互分离且在第一方向和第二方向均呈周期排布的平坦化单元组成，所述第一方向和所述第二方向如图3中箭头方向所示，夹角为90°。所述平坦化单元的图案相同，在所述PI基片201上的投影均为大小相同的矩形，所述矩形的长度为500μm，宽度为400μm，第一平坦化层的厚度d1为3μm，相邻所述矩形在所述第一方向和所述第二方向上的间距相等，为100μm；而且相邻平坦化层中所述平坦化单元在PI基片201上的投影相差半个周期，所述第三平坦化层207的厚度d3为1.5μm，小于所述第一平坦化层203的厚度d13μm，第二平坦化层205的厚度d2为3μm，大于第四平坦化层209的厚度d4为0.4μm。
作为可变换实施例，若所述柔性衬底有更多平坦化层，均满足如下条件：第n层平坦化层的厚度小于第n-2层平坦化层的厚度（n为自然数，且n﹥2）。
所述第二平坦化层205与所述第一平坦化层203、第三平坦化层207与所述第二平坦化层205、第四平坦化层209与所述第三平坦化层207中所述平坦化单元排列各相差半个周期，这样可以保证相邻两层平坦化层中，其中一层平坦化层中平坦化单元的中心设置在另一层平坦化层中平坦化单元的间隙上，以阻挡水氧的横向穿透，而且所述平坦化单元在第一方向和第二方向上均彼此完全分离，确保所述柔性衬底能在大于所述平坦化单元的尺度范围内任意尺寸裁切，这就可以实现柔性衬底的大规模生产，如使用卷对卷工艺；而且所述平坦化单元的尺寸较大，制备精度要求低，在工艺上容易实现。
作为可变换实施例PI基片201，可选自其他聚合物柔性基片，如PET、PEN、PES、PE、PP、PS等，均能现实本发明的目的，属于本发明的保护范围。
所述平坦化层为聚合物层，如聚丙烯酸酯、聚对二甲苯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯等，本实施例中所述第一平坦化层203、第二平坦化层205、所述第三平坦化层207与所述第四平坦化层209所用材料相同，均优选聚丙烯酸酯，并通过喷墨打印-紫外固化工艺制备。
作为可变换实施例，所述平坦化层的制备方法还可以为闪蒸发-紫外固化、化学气相沉积、气相聚合、等离子体聚合等；所述第一平坦化层203、第二平坦化层205、所述第三平坦化层207与所述第四平坦化层209所用材料还可以不相同，各自选自聚丙烯酸酯、聚对二甲苯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯等，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
本实施例中，所述第一阻隔层202、所述第二阻隔层204、所述第三阻隔层206、所述第四阻隔层208、以及所述第五阻隔层209的厚度相同，为50nm；所用材料也相同，为氮化硅，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺制备。
作为本发明的其他实施例，所述阻隔层的厚度范围为20-200nm；所述阻隔层的制备方法还可以选自但不限于磁控溅射、射频溅射、反应溅射、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积；不同所述阻隔层的材料不同，各自选自但不限于氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化锆、氮氧化铝、氮氧化硅、非晶碳，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
实施例2
本实施例中所提供的一种柔性衬底结构如图2所示，制备方法同实施例1，唯一不同的是，第一平坦化层203、第二平坦化层205、第三平坦化层207、第四平坦化层209中所述平坦化单元的图案与实施例1不相同，如图4所示，第一平坦化层203和第三层207中所述平坦化单元为半径相等的圆形，在PI基片201上的投影重合，所述圆形的半径为800μm。第一平坦化层的厚度为2μm，第三平坦化层厚度为0.5μm，相邻所述圆形在第一方向和第二方向上的间距相等，均为200μm；第二平坦化层205和第四平坦化层209中所述平坦化单元为半径为500μm的圆形，且在PI基片201上的投影重合。第二平坦化层的厚度d2为1.8μm，第四平坦化层d4的厚度为0.6μm。这样可以保证相邻两层平坦化层中，其中一层平坦化层中平坦化单元的中心设置在另一层平坦化层中平坦化单元的间隙上，以阻挡水氧的横向穿透，确保所述柔性衬底能在大于所述平坦化单元的尺度范围内任意尺寸裁切，这就可以实现柔性衬底的大规模生产，简化了工艺步骤，降低了生产成本。所述平坦化层的奇数层或偶数层的厚度沿远离所述基片的方向依次递减，保证所述柔性衬底的最顶面粗糙度低，适合器件的制备。
实施例3
本实施例中所提供的一种柔性衬底结构如图2所示，制备方法同实施例2，唯一不同的是，第一平坦化层203、第二平坦化层205、第三平坦化层207、第四平坦化层209中所述平坦化单元的排布方式与实施例1和2不相同。在实施例1与2当中，平坦化层单元在第一方向和第二方向呈周期性排布，两个方向的夹角为90°；而在本实施例中，如图5所示，平坦化单元在第一方向和第二方向呈周期性排布，两个方向的夹角为60°。
第一平坦化层203和第三层207中所述平坦化单元为等半径圆形，203和207在PI基片201上的投影重合，所述圆形的半径为800μm。第一平坦化层的厚度为d12μm，第三平坦化层的厚度d3为0.5μm，相邻所述圆形在第一方向和第二方向上的间距均相等，为200μm。第二平坦化层205和第四平坦化层209中所述平坦化单元为等半径圆形，在PI基片201上的投影重合，所述圆形的半径为500μm。第二平坦化层的厚度d2为1.8μm，第四平坦化层的厚度d4为0.6μm。这样相邻平坦化层中所述平坦化单元在PI基片201上的投影相差半个周期，可以保证相邻两层平坦化层中，其中一层平坦化层中平坦化单元的中心设置在另一层平坦化层中平坦化单元的间隙上，以阻挡水氧的横向穿透，确保所述柔性衬底能在大于所述平坦化单元的尺度范围内任意尺寸裁切，这就可以实现柔性衬底的大规模生产，简化了工艺步骤，降低了生产成本。所述平坦化层的奇数层或偶数层的厚度沿远离所述基片的方向依次递减，保证所述柔性衬底的最顶面粗糙度低，适合器件的制备。
本发明不限定所述阻隔层和所述平坦化层的层数，可根据所述柔性基板的具体用途与需要增加或者减少层数。
作为本发明的其他实施例，所述平坦化单元可以是任意形状，同一所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同，不同所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同或者不同，所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影覆盖相邻所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影间的间隙，且所述投影区域部分重叠，能够保证相邻平坦化层能相互覆盖组成单元之间的缝隙位置，以阻挡水氧的横向穿透。如附图3所示，相邻奇数层所述平坦化层与所述偶数层所述平坦化层的在所述基片上投影的相对位置，所述奇数层或所述偶数层中所述平坦化单元各自在所述基片上的投影重叠；所述平坦化层厚度范围为100-5000nm，且所述平坦化单元在基片上的投影在任意方向上的宽度为10-2000μm；同一所述平坦化层中相邻所述平坦化单元的沿第一方向或第二方向的间距为10-2000μm，所述平坦化层奇数层或偶数层的厚度均沿远离所述基片的方向依次递减，最终使得表面平整，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种柔性衬底，包括聚合物基片以及沿垂直于所述基片方向，层叠设置在基片上的多个阻隔层，相邻所述阻隔层之间设置有平坦化层，其特征在于，所述平坦化层包括多个在第一方向和第二方向均相互分离的平坦化单元，所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影覆盖相邻所述平坦化层中相邻所述平坦化单元在所述基片上的投影的间隙，且所述投影区域部分重叠；所述平坦化层中奇数层或偶数层的厚度分别在远离所述基片的方向上依次递减；所述第一方向和所述第二方向的夹角大于0°且小于180°。
2.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述平坦化层中的所述平坦化单元在所述第一方向和所述第二方向均呈周期排布。
3.根据权利要求2所述的柔性衬底，其特征在于，相邻所述平坦化层中所述平坦化单元在所述基片上的投影相差半个周期。
4.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述平坦化层的厚度为100-5000nm。
5.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述平坦化单元在所述基片上的投影在任意方向上的宽度为10-2000μm。
6.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，同一所述平坦化层中相邻所述平坦化单元在所述基片上的投影的间距为10-2000μm。
7.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，同一所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同。
8.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，不同所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同或者不同。
9.根据权利要求8所述的柔性衬底，其特征在于，不同所述平坦化层中所述平坦化单元的形状相同。
10.根据权利要求1-9任一所述的柔性衬底，其特征在于，所述平坦化层的制备方法选自喷墨打印-紫外固化、闪蒸发-紫外固化、化学气相沉积、气相聚合、等离子体聚合中的一种。
11.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述平坦化层为聚合物层，不同所述平坦化层所用的所述聚合物相同或不同。
12.根据权利要求11所述的柔性衬底，其特征在于，所述聚合物选自聚丙烯酸酯、聚对二甲苯、聚脲、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯中的一种或多种的组合。
13.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，不同所述阻隔层的厚度相同或不同，为20-200nm。
14.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述阻隔层的制备方法选自直流溅射、射频溅射、反应溅射、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积中的一种。
15.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，不同所述阻隔层的材料相同或者不同，选自氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化锆、氮氧化铝、氮氧化硅、非晶碳中的一种或多种的组合。
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Denomination of invention: A flexible substrate

Effective date of registration: 20200826

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Pledgee: AVIC International Leasing Co., Ltd

Pledgor: Kunshan New Flat Panel Display Technology Center Co.,Ltd.

Registration number: Y2020320010129

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