CN103359951B - 一种镀膜方法、装置及显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀膜方法、装置以及包含所镀薄膜的显示器，用以制备出粒子排列规则有序，且厚度可控的超薄膜，使微观粒子结构更加有序，从而提高液晶显示器的光学效应，提高显示效果。所述镀膜方法包括：在溶液槽的底部设置下基板，并在其上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层。

Description

一种镀膜方法、装置及显示器
技术领域
本发明涉及显示器镀膜技术领域，尤其涉及一种镀膜方法、装置及包含所镀薄膜的显示器。
背景技术
现有技术中公开了通过LB技术，在玻璃（Glass）基板上制备排列规则氧化锌（ZnO）薄膜的方法，LB技术是20世纪二三十年代由美国科学家Langmuir及其学生Blodgett建立的，因此称为LB（Langmuir-Blodgett）技术。通过运用X射线衍射（X Ray Diffraction，XRD）测试表明所制备物质为ZnO半导体材料；通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）测试表明此薄膜结构规则有序，方向性好。现有技术有效的说明LB技术制备排列规则有序薄膜的可行性，如果将此薄膜规则有序结构引入到薄膜晶体管镀膜领域，会有效的提高液晶显示器的光效。但是此法存在一定的缺陷，其不足之处为：1、目标离子在溶液表面形成单分子膜的过程属自发行为，效率较低，不适合大规模工业生产；2、Glass基板在镀膜过程中，对单分子膜会有局部的破坏，形成的薄膜不能百分之百均匀，局部的不均匀会影响液晶显示器的光学效果。
现有技术中的层层自组装技术（layer-by-layer self-assembly，LBL）是利用带电基板在带相反电荷中的交替沉积制备聚电解质自组装多层膜，该技术制备的薄膜具有良好的机械和化学稳定性，甚至能做成超薄膜。但是对于微电子领域，为了提高薄膜晶体管液晶显示器的透过率及对比度，需要组成透明薄膜的原子、分子排列规则有序，以减少光的折射、反射和散射，缩短光程。LBL技术在制备薄膜过程中，并没有提出对原子、分子排列、薄膜结构的控制方法，即其所制备的薄膜在微观结构上不具备规则有序性。
现有技术中的电解池电镀技术，是使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应成膜的过程。此技术在镀膜领域被广泛应用，但是此法存在的不足之处在于：1、电解质沉积时随机排列，薄膜结构无规则且薄膜中缺陷较多；2、需要将待镀基板置于溶液中，对待镀基板有腐蚀性等。
现有技术在制备薄膜晶体管阵列基板工艺过程中，均要用到镀膜技术，现阶段工业上应用在薄膜晶体管的镀膜技术为磁控溅射（Sputter）、等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）、溶胶凝胶等技术方法。这些方法目前工艺较为成熟，但是通过Sputter和PECVD方法制备的薄膜中的杂质含量相对较高，薄膜硬度较低，沉积速率过快还会导致薄膜内存在空洞等缺陷，如图1所示，通过在靶12表面引入磁场B，磁场方向为由靶12下方磁条中的N极指向S极，利用磁场B对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率，电子e在电场E的作用下，在飞向基板10过程中与氩（Ar）原子发生碰撞，使其电离产生出氩正离子（Ar+）和新的电子，新电子飞向基板10，Ar+在电场作用下加速飞向靶12，并以高能量轰击靶12表面，使靶材发生溅射，在溅射过程中，中性的靶原子沉积在基板10上形成薄膜，由于靶12表面存在许多空位11，使得在基板10上沉积得到的薄膜中存在空洞。这些缺陷会破坏薄膜的结构，使其光效应降低；而且不具备精细结构微操作的功能，对微观离子结构的有序排列和紧密薄膜厚度都不能进行人为精准控制，这为精密光学仪器的发展和高效光电器件的性能提高起到阻碍作用。
综上所述，现有工业镀膜技术不能制备粒子排列规则的薄膜、不能精确控制薄膜层数即薄膜厚度，工艺上存在一个余量（Margin）；传统工业镀膜工艺能耗大、原材料消耗严重、对设备要求较高；镀膜过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害；现有技术制备的薄膜结构无序杂乱，存在空位缺陷，光路较长，光损失较多，无法进一步提高薄膜透过率。
发明内容
本发明实施例提供了一种镀膜方法、装置以及包含所镀薄膜的显示器，用以制备出粒子排列规则有序，且厚度可控的超薄膜，使微观粒子结构更加有序，从而提高液晶显示器的光学效应，提高显示效果。
本发明实施例提供的一种镀膜方法，该方法包括：
在溶液槽的底部设置下基板，并在其上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；
在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；
在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；
将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层。
本发明实施例提供的一种镀膜装置，所述装置包括：溶液槽、用于对溶液槽中的溶液施加外场作用力以使得将溶液中的待镀离子形成单层分子膜的上基板和下基板；其中，上基板位于溶液槽上方，下基板位于溶液槽底部，并且上基板还用于吸附待镀基板。
本发明实施例提供的一种显示器，所述显示器中的薄膜层包括用所述的镀膜装置所制备的薄膜。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案中，在溶液槽的底部设置下基板，并在其上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层，可以制备出粒子排列规则有序，且厚度可控的超薄膜，使微观粒子结构更加有序，从而提高液晶显示器的光学效应，提高显示效果，本发明实施例提供的技术方案的薄膜制备工艺温度较低，适合生产新型柔性显示器，且制备薄膜时的能耗小，原材料能循环使用、材料利用率大，节约成本。
附图说明
图1为现有技术中Sputter或PECVD制备薄膜的原理示意图；
图2为本发明实施例中镀膜的方法流程图；
图3为本发明实施例中镀膜的正视图；
图4为本发明实施例中给上基板和下基板通电后溶液中的离子排列正视图；
图5为本发明实施例中在玻璃基板上镀单层膜时的过程正视图；
图6为本发明实施例中对玻璃基板上所吸附的单层分子膜进行热固化处理的过程正视图；
图7为本发明实施例中在玻璃基板上镀多层膜前玻璃基板向下移动的正视图；
图8为本发明实施例中在玻璃基板上镀多层膜后玻璃基板向上移动的正视图；
图9为本发明实施例中在玻璃基板上镀多层复合膜时的过程正视图；
图10为本发明实施例中镀膜的整体示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种镀膜方法、装置以及包含所镀薄膜的显示器，用以制备出粒子排列规则有序，且厚度可控的超薄膜，使微观粒子结构更加有序，从而提高液晶显示器的光学效应，提高显示效果。
下面给出本发明实施例提供的技术方案的详细介绍。
参见图2，本发明实施例提供的一种镀膜方法，该方法包括步骤：
S101、在溶液槽的底部设置下基板，并在其上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；
S102、在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；
S103、在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；
S104、将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层。
较佳地，将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层包括：
将上基板向所述单层分子膜移动，在外场作用力下，将单层分子膜吸附到待镀基板上；
提拉上基板，并将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理，使得在待镀基板表面形成薄膜层。
较佳地，将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理，包括：
将吸附有单层分子膜的待镀基板进行预固化，其中固化温度为130±5℃，固化时间为80s；
将吸附有单层分子膜的待镀基板再次进行固化，其中固化温度为230±5℃，固化时间为1500s。
较佳地，该方法还包括：通过在溶液槽中多次注入包含有待镀离子的溶液，并在下基板和上基板上同时施加外场作用力，在待镀基板表面形成多层薄膜层。
较佳地，所述待镀离子，包括单一离子或复合离子。
较佳地，所述外场作用力为电场力或磁场力。
较佳地，所述电场力为匀强电场力，所述磁场力为匀强磁场力。
较佳地，形成所述单层分子膜之后，该方法还包括：
将溶液槽中不用于形成所述单层分子膜的剩余离子通过溶液槽底部的排出口排出。
下面结合具体实施例进行说明。
如图3所示，在溶液槽3的底部设置下基板5，并在其上方设置上基板1，将待镀基板2吸附于上基板1上，且待镀基板2面向溶液槽3；在溶液槽3中加入待镀物的溶液4，其中待镀物的溶液4中包括用于形成单层分子膜的待镀离子7和溶液阴离子6，此时待镀离子7和溶液阴离子6在溶液4中随机排列；其中溶液槽3的底部还设置有用于注入待镀溶液的注入口9和将不用于形成所述单层分子膜的剩余离子排出的排出口8。另外，本发明具体实施例中的单层分子膜，包括一切通过作用力，如磁场力、分子间作用力等和非作用力在物体表面，如液体、粉体、固体等形成的单层分子膜，或者排列规则有序的分子膜层。
如图4所示，本发明具体实施例中的待镀基板2为玻璃基板，在下基板5和上基板1上同时施加的外场作用力为匀强电场力。溶液槽3底部的下基板5带正电极，其上方设置的上基板1带负电极，向溶液槽3内加入一定量的待镀物的盐溶液4（如Mg、Al、In、Zn等的醋酸盐溶液、氯化盐溶液、硝酸盐溶液等），提供成膜所需要的金属离子，加入的溶液浓度根据实际需要进行调整，其中溶液槽3内还可以加入能溶于有机溶剂的金属络合物，提供成膜所需要的金属络合物。在正、负电极上通电，此时在下基板5和上基板1之间形成匀强电场，即电场强度不随距离变化而变化。溶液槽3的底部带正电，将盐溶液中的阴离子6吸附于槽底，阳离子7则被排斥于溶液表面。在溶液表面的阳离子7，由于受到匀强电场的作用，在溶液表面形成均匀规则排列的单层分子膜。
如图5所示，将载有玻璃基板2的带负电的上基板1向下匀速移动，其移动速度根据溶液浓度、温度等因素决定，使玻璃基板2靠近液面而与溶液表面相隔一定距离，此距离非常微小，具体根据匀强电场强度而定，在均强电场的作用下，由于正负相吸原理，于是玻璃基板2将液面上规则有序排列的单层分子膜吸附于玻璃基板2表面成膜，此薄膜厚度仅为原子级别，称之为超薄膜，制备得到的超薄膜用来改善液晶显示器光学效果，之后向上提拉上基板1，为了保证玻璃基板2上的单层分子膜的完整性，提拉速度与上述上基板1向下移动的速度一致，另外，本发明的具体实施例中的吸引待镀离子成膜的力，包括一切能使物体相吸的引力。
如图6所示，将镀有一层单层分子膜的玻璃基板2放入加热箱60中进行热固化处理，其中热固化处理过程为：首先将吸附有单层分子膜的玻璃基板2进行预固化，其中固化温度为130±5℃，固化时间为80s；接着将吸附有单层分子膜的玻璃基板2再次进行固化处理，其中固化温度为230±5℃，固化时间为1500s，在实际生产工艺中热固化处理时的温度及时间可以根据实际情况决定，而不限于本发明实施例提供的热固化处理温度及时间，当然也可以根据实际需要而不进行热固化处理。热固化处理后，在玻璃基板2表面形成一层所需的氧化物薄膜。
如图7和图8所示，将待镀物的盐溶液4通过溶液槽3底部的注入口9注入到溶液槽3中，并将不用于形成图6中单层分子膜的剩余离子通过溶液槽底部的排出口8排出，并将载有镀有一层薄膜的玻璃基板2的上基板1再次向下匀速移动，在玻璃基板2表面形成的薄膜表面上又形成一层单层分子膜，之后再向上提拉上基板1，并对玻璃基板2进行热固化处理，处理后在玻璃基板2表面形成两层所需的氧化物薄膜。
如图9所示，可以根据生产需求，运用此技术多次镀膜，即镀完一层薄膜后，可以不断的将待镀物的盐溶液4通过溶液槽3底部的注入口9注入到溶液槽3中，并将不用于形成单层分子膜的剩余离子通过溶液槽底部的排出口8排出，这样既可以保证溶液槽3内部电荷的平衡，还可以源源不断的提供待镀离子7以及控制待镀薄膜层数及厚度。如此循环，可以得到理想厚度的薄膜，而且由于匀强电场的作用，各层薄膜间原子排列规则缜密，可做到无缺陷镀膜，结构规则缜密的薄膜能有效提高液晶显示器的光学效应。另外，在镀膜过程中，可以通过在溶液槽3中注入不同的待镀离子溶液来制备复合薄膜，如加入Zn+、Ga+、In+等的盐溶液，来制备IGZO、ITO等透明导电薄膜。
综合以上本发明具体实施例提供的镀膜方法可知，带负电的上基板1上下移动，将浮于液面规则有序排列的阳离子单层膜吸附于玻璃基板2表面，通过调节上基板1上下移动的次数制备的透明导电超薄膜及薄膜的整体示意图如图10所示。
本发明实施例提供的一种镀膜装置，所述装置包括：溶液槽、用于对溶液槽中的溶液施加外场作用力以使得将溶液中的待镀离子形成单层分子膜的上基板和下基板；其中，上基板位于溶液槽上方，下基板位于溶液槽底部，并且上基板还用于吸附待镀基板。
较佳地，所述装置还包括用于将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理的加热箱。
较佳地，所述装置中的溶液槽底部设置有注入口与排出口，其中待镀离子的溶液通过注入口注入溶液槽中，溶液槽中不用于形成单层分子膜的剩余离子通过排出口排出。
本发明实施例提供的一种显示器，所述显示器中的薄膜层包括用所述的镀膜装置所制备的薄膜。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案中，在溶液槽的底部设置下基板，并在其上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层，可以制备出粒子排列规则有序，且厚度可控的超薄膜，使微观粒子结构更加有序，从而提高液晶显示器的光学效应，提高显示效果，本发明实施例提供的技术方案的薄膜制备工艺温度较低，适合生产新型柔性显示器，且制备薄膜时的能耗小，原材料能循环使用、材料利用率大，节约成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种镀膜的方法，其特征在于，该方法包括：
在溶液槽的底部设置下基板，并在所述溶液槽上方设置上基板，将待镀基板吸附于上基板上，且待镀基板面向溶液槽；
在溶液槽中加入待镀物的溶液，其中包括用于形成单层分子膜的待镀离子；
在下基板和上基板上同时施加外场作用力，使得所述溶液中的待镀离子形成单层分子膜；
将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述单层分子膜在待镀基板表面形成薄膜层包括：
将上基板向所述单层分子膜移动，在外场作用力下，将单层分子膜吸附到待镀基板上；
提拉上基板，并将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理，使得在待镀基板表面形成薄膜层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理，包括：
将吸附有单层分子膜的待镀基板进行预固化，其中固化温度为130±5℃，固化时间为80s；
将吸附有单层分子膜的待镀基板再次进行固化，其中固化温度为230±5℃，固化时间为1500s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：通过在溶液槽中多次注入包含有待镀离子的溶液，并在下基板和上基板上同时施加外场作用力，在待镀基板表面形成多层薄膜层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待镀离子，包括单一离子或复合离子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外场作用力为电场力或磁场力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电场力为匀强电场力，所述磁场力为匀强磁场力。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述单层分子膜之后，该方法还包括：
将溶液槽中不用于形成所述单层分子膜的剩余离子通过溶液槽底部的排出口排出。
9.一种通过权利要求1-8任一权项所述方法进行镀膜的装置，其特征在于，所述装置包括：溶液槽、用于对溶液槽中的溶液施加外场作用力以使得将溶液中的待镀离子形成单层分子膜的上基板和下基板；其中，上基板位于溶液槽上方，下基板位于溶液槽底部，并且上基板还用于吸附待镀基板。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将吸附有单层分子膜的待镀基板进行热固化处理的加热箱。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置中的溶液槽底部设置有注入口与排出口，其中待镀离子的溶液通过注入口注入溶液槽中，溶液槽中不用于形成单层分子膜的剩余离子通过排出口排出。
12.一种显示器，其特征在于，所述显示器中的薄膜层包括用权利要求9、10或11所述的镀膜装置所制备的薄膜。
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